| Скачать .docx |
Дипломная работа: Підвищення ефективності формування понять з геометричної оптики засобами сучасних інформаційних технологій навчання
Дипломна робота
на тему:
"Підвищення ефективності формування понять з геометричної оптики засобами сучасних інформаційних технологій навчання"
Зміст
Вступ
1. Психолого-педагогічні аспекти технологізації навчального процесу в загальноосвітній школі
1.1 Сучасний підхід до розв'язання проблеми наочності при вивченні фізики
1.2 Комп’ютеризація навчального процесу
1.3 Роль та функції фізичного експерименту в сучасному навчально-виховному процесі
1.4 Аналіз існуючих програмно-педагогічних засобів з теми дослідження
2. Методичні аспекти поєднання традиційних та інформаційних технологій при вивченні геометричної оптики
2.1 Аналіз методичної системи вивчення геометричної оптики в загальноосвітній школі
2.2 Характеристика та структура розробленої демонстраційної комп’ютерної програми
2.3 Організація і проведення педагогічного експерименту
2.4 Вимоги техніки безпеки щодо роботи з персональним комп’ютером
Висновки
Список використаних джерел
Вступ
Впровадження в практику особистісно-орієнтованого навчання, при якому вчитель орієнтується не на «середнього» учня, а на кожного конкретного учня, що є для нього особистістю з його здібностями, рисами, схильностями й інтересами, вимагає розробки нових методів, засобів і організаційних форм навчання. На сучасному етапі розвитку освіти існує протиріччя між новими цілями навчання та існуючими традиційними технологіями навчання фізиці, тому виникає проблема використання нових досягнень науки і техніки для удосконалення навчального процесу.
Останнім часом у процесі навчання фізиці активно використовується персональний комп’ютер. Відбувається це принаймні з трьох причин. По-перше, загальний процес комп’ютеризації всіх сфер діяльності торкнулося й навчання, і комп’ютер стає помічником учителя й учнів на уроках майже будь-якого предмета. По-друге, комп’ютер став настільки розповсюдженим інструментом фізика-дослідника, що поряд з фізикою теоретичною і експериментальною виділяють новий розділ – комп’ютерну фізику. Нарешті, шкільний курс інформатики потребує підтримки з боку курсу фізики, коли мова заходить про будову комп’ютера, принципах функціонування окремих його елементів, і, у свою чергу, забезпечує курс фізики матеріалом, що викликає великий інтерес учнів.
У результаті комп’ютер став в курсі фізики в ролі якзасобу навчання, так і предмета вивчення.
Як засіб навчання комп’ютер може виступати помічником і вчителя, і учня. Для вчителя він – автоматизований класний журнал, засіб проведення опитувань і обробки результатів навчання, інструмент для підготовки до уроків і для проведення демонстрацій. Для учня – засіб виконання завдань, для обох – інструмент моделювання реального світу.
Як предмет вивчення комп’ютер використовується у двох напрямках: у зв’язку з вивченням методів дослідження в сучасному природознавстві й у зв’язку з вивченням фізичних законів і явищ.
Зокрема, в учнів варто створити уявлення про те, що основними напрямками використання комп’ютера у фізиці-науці є комп’ютерне моделювання фізичних явищ і робота комп’ютера в поєднанні з експериментальними установками, де він виконує два завдання – служить для фіксації експериментальних даних, які він може робити зі швидкістю й в обсягах, зовсім недоступних при роботі на некомп’ютеризованій установці, автоматизує керування експериментом. Крім того, комп’ютер використається для обробки експериментальних даних, зберігання й швидкого пошуку величезних масивів інформації, як засіб комунікації. Використання персонального комп’ютера на уроках і в позаурочний час дозволяє познайомити учнів з усіма цими напрямками.
Основними педагогічними цілями використання комп’ютерних технологій у навчанні фізиці є наступні:
1.Розвиток творчого потенціалу учня, його здібностей до комунікативних дій, умінь експериментально-дослідницької діяльності, культури навчальної діяльності; підвищення мотивації навчання.
2.Інтенсифікація всіх рівнів навчально-виховного процесу, підвищення його ефективності і якості.
3.Реалізація соціального замовлення, обумовленого інформатизацією сучасного суспільства (підготовка користувача засобами комп’ютерних технологій).
Соціально-психологічною характеристикою стилю навчання в умовах функціонування комп’ютерних технологій є розвиток і саморозвиток потенційних можливостей учня і його творчої ініціативи. Це забезпечується наданням можливості для самостійного здобування знань і інформації; самостійного вибору режиму навчальної діяльності.
Слід зауважити, що при виконанні дослідження може бути організована індивідуальна, групова, колективна експериментально-дослідницька діяльність.
Використання досягнень нових інформаційних технологій для формування знань, умінь та навичок при вивченні геометричної оптики засобами комп’ютерного моделювання з урахуванням психолого-педагогічних особливостей учня, його темпераменту та базової підготовки, є актуальним питанням методики викладання фізики.
Метою даної дипломної роботи є розробка комп’ютерної навчальної програми для вивчення геометричної оптики, використовуючи засоби комп’ютерного моделювання, обґрунтування необхідності використання комп’ютерних моделей при вивченні фізики.
Об’єктом дослідження є процес формування понять геометричної оптики в загальноосвітній середній школі.
Предметом дослідження є форми, методи і засоби реалізації вивчення геометричної оптики за допомогою комп’ютерного моделювання.
Гіпотеза дослідження
Використання комп’ютерного моделювання при викладанні геометричної оптики повинно підвищити ефективність і якість засвоєння знань (понять, законів, величин, тощо), формування відповідних умінь та навичок.
Відповідно до предмету і гіпотези дослідження були визначенні його конкретні завдання:
1. Провести аналіз літературних джерел, наукових праць, статей з питання використання комп’ютерних моделей при викладанні фізики.
2. Розглянути психолого-педагогічні аспекти ефективного використання комп’ютерного моделювання при викладанні фізики.
3. Розробити комп’ютерну навчальну програму з використанням комп’ютерного моделювання з метою підвищення ефективності вивчення геометричної оптики в середній школі.
4. Розробити методичні рекомендації щодо використання комп’ютерного моделювання.
1. Психолого-педагогічні аспекти технологізації навчального процесу в загальноосвітній школі
1.1. Сучасний підхід до розв'язання проблеми наочності при вивченні фізики
«Для вирішення завдання розвитку творчих здібностей школярів при навчанні фізиці необхідно насамперед знати особливості творчого процесу в розвитку цієї науки і її технічного застосування» (В.Г. Разумовський)
Постійне вдосконалення навчально-виховного процесу разом з розвитком і перебудовою суспільства, а також зі створенням єдиної системи безперервного навчання, є характерною рисою народної освіти в Україні. Здійснювана в країні реформа школи спрямована на те, щоб привести зміст освіти у відповідність із сучасним рівнем наукового знання, підвищити ефективність всієї навчально-виховної роботи й підготувати учнів до праці в умовах прискорення науково-технічного прогресу (НТП), авангардні рубежі якого визначені як електронізація народного господарства, комплексна автоматизація. Досягнення НТП – це результат фундаментальних фізичних досліджень [52].
Тому електроніка й обчислювальна техніка стають компонентами змісту навчання в фізиці й математиці, засобами оптимізації й підвищення ефективності навчального процесу, а також сприяють реалізації багатьох принципів розвиваючого навчання.
Обчислювальна техніка, фундаментом якої служить фізика, знаходить широке застосування у викладанні останньої не тільки як засіб, що моделює математичними методами фізичні процеси і явища, але і як сучасний засіб наочності в сполученні з її абстрактно-логічної сторони із предметно-образною, як засіб математичної обробки результатів демонстраційного експерименту й лабораторних робіт, контролю й самоконтролю знань учнів. Досвід використання обчислювальної техніки на уроках фізики показав, що комп’ютер допомагає готовити завдання для відповідного рівня, темпу навчання й стилю кожного учня. Комп’ютер відкриває нові шляхи в розвитку мислення, надаючи нові можливості для активного навчання. За допомогою комп’ютера проведення уроків, вправ, контрольних і лабораторних робіт, а також облік успішності стає більше ефективним, а величезний потік інформації легкодоступним. Використання комп’ютера на уроках фізики також допомагає реалізувати принцип особистої зацікавленості учня в засвоєнні матеріалу й багато інших принципів розвиваючого навчання.
Однак, на наш погляд, комп’ютер не може повністю замінити вчителя. Вчитель має можливість зацікавити учнів, розбудити в них допитливість, завоювати їхню довіру, вона може направити їхню увагу на ті або інші аспекти досліджуваного предмета, винагородити їхнє зусилля й змусити вчитися. Комп’ютер ніколи не зможе взяти на себе таку роль учителя.
Необхідно відзначити важливість використання програм моделювання, які включають учня в світ науки й техніки, недоступний йому на шкільній лаві; наприклад, дозволяють «побачити» процеси всередині атома й атомного ядра, посадки космічний кораблів на Місяць або Венеру, хід променів в лінзах, наочно у вигляді імітаційних моделей провести ті або інші навчальні досліди на екрані дисплея, якщо їхнє матеріально-інструментальне втілення за якимись причинами недоступно школі.
Так, наприклад, використання таких програм, як Microsoft Office PowerPoint, відкриває широкі можливості для творчості учнів, для навчання їхньої дослідницької діяльності:
• об’єкти на екрані можуть рухатися з різними швидкостями й взаємодіяти один з одним, це дає можливість вивчати закони руху й взаємодії тіл;
• дозволяє конструювати об’єкти всіх видів: від будинків і техніки до експериментальних установок і моделей – значить відкривається можливість моделювати процес, робити спостереження й виміри, робити висновки й виявляти закономірності;
• інше застосування графічного методу – побудова графіків залежностей фізичних величин (наприклад, за допомогою Microsoft Office Excel): зміна параметрів, що вводять, дозволяє краще зрозуміти фізичну природу, сутність досліджуваного явища;
• графіка відіграє важливу роль і при вивченні дії над векторами: побудова векторів, знаходження їхніх проекцій, розкладання сумарного вектора на складові вектора й т.д., все це розвиває в учнів більш усвідомлене розуміння вектора.
Всі ці методи використання комп’ютера є традиційними й спрямованими на підвищення ефективності навчання фізиці всіх учнів класу. Широкий діапазон використання комп’ютера й у позакласній роботі: він сприяє розвитку пізнавального інтересу до предмета, розширює можливість самостійного творчого пошуку найбільш захопленою фізикою учнів. Однієї з форм використання комп’ютера в позакласній роботі є складання навчальних програм самими учнями [51]. При цьому учні не тільки поглиблюють і розширюють знання по темі, але й активно мислять, залучають для вирішення проблеми раніше отримані знання, проводять синтез, аналіз, узагальнення й висновки, що сприяють всебічному самостійному розгляду поставленого завдання. Складання програми стимулює розумову активність, розвиває творчі здібності учнів, сприяє емоційному задоволенню й самоствердженню.
Розвиток нових інформаційних технологій і підключення школи до електронної мережі Internet відкрило велике поле діяльності вчителю й учням. Робота в цьому напрямку так само здійснюється різними способами й всі вони спрямовані на одне: розкриття й розвиток творчого потенціалу тих, яких навчають.
В останні роки користується популярністю комп’ютерна телекомунікаційна вікторина. Вона являє собою змагально-групову питально-відповідну гру з використанням електронної пошти для зв’язку між групами учнів з різних шкіл і міст. Використання такої вікторини у викладанні фізики сприяє:
• розвитку інтересу до досліджуваного предмета за допомогою комп’ютерної електронної пошти;
• стимулюванню активності й самостійності учнів при підготовці питань, у роботі з літературою, позакласній роботі;
• формуванню навичок колективної роботи під час обговорення відповідей на питання суперників, удосконалюванню етики спілкування й правопису учнів;
• забезпечує об’єктивний контроль глибини й широти знань, якість засвоєння матеріалу учнями.
Учасники турніру мають гарну можливість виявити свої творчі здібності, тому що завдання, пропоновані їм, носять дослідницький характер. Однак, необхідно підкреслити, що змагальна сторона телекомунікаційної вікторини має другорядне, допоміжне значення, лише як засіб мотивації учнів.
Ще одна форма нових інформаційних технологій – відкриття дистанційного консультаційного пункту по фізиці дає можливість учням всіх віків і всіх рівнів освіченості одержати відповіді на будь-які їхні питання, що цікавлять. Використання можливостей цього пункту значно розширює кругозір, допомагає позбутися від скутості в спілкуванні, замкнутості, розвиває комунікативні здатності.
Таким чином, всебічне використання можливостей обчислювальної техніки на уроках фізики дозволяє підвищити ефективність навчання, поліпшити контроль і оцінку знань учнів, звільнити більше часу для надання допомоги учням. Комп’ютер дав можливість зробити уроки більш цікавими, захоплюючим й сучасним.
Інформаційна технологія в навчально-виховному процесі це поєднання традиційних технологій навчання і технології інформатики. За проведеними дослідженнями й оцінками експертів у області комп’ютерного навчання, використання інформаційних технологій у навчально-виховному процесі фізики може підвищити ефективність практичних і лабораторних робіт до 30%, а об’єктивність контролю знань учнів – на 20–25% [25, 53].
Впроваджувати НІТ у навчально-виховний процес слід поступово, оскільки потрібні значні кошти на оснащення навчальних закладів апаратними засобами і на розробку й адаптацію педагогічних програмних засобів (ППЗ). Процес такого впровадження вимагає невідкладного розв’язування низки завдань, без чого ефективність використання НІТ буде дуже низькою. У першу чергу треба:
1) відібрати існуючі і створити нові ППЗ, які відповідали б вимогам шкільної програми з фізики, а також загальним технологічним, ергономічним, психолого-педагогічним вимогам до програмного забезпечення навчального призначення;
2) розробити апаратний комплекс технічних засобів навчання, які задовольняли б дидактико-психологічні вимоги комплексного використання ППЗ, відеозасобів дидактичного призначення;
3) розробити цілісну методику комплексного використання комп’ютерної та відеотехніки в навчально-виховному процесі, яка включала б різні типи ППЗ – комп’ютерні моделі явищ, задачі, тести, лабораторні роботи;
4) розробити відеоматеріали (відеофільми) з використанням технологій інформатики.
Розглянемо докладніше ці завдання. Є різні підходи до класифікації ППЗ, наприклад за основною дидактичною метою, за характером їх використання на уроках різних типів. Зауважимо, що реальні ППЗ часто поєднують різні навчальні функції (інформаційну, контролюючу, демонстраційну тощо).
За характером використання на уроках різних типів розрізняють такі ППЗ: адаптивні, демонстраційні програми; комп’ютерні моделі; лабораторні роботи; тренажери для розв’язування задач; контролюючі програми.
Адаптивні навчальні програми – це ППЗ, за допомогою яких можна змінювати способи викладу навчального матеріалу залежно від пізнавальних можливостей учнів.
Структура, форма викладу матеріалу, кількість і зміст завдань, крок програми, способи контролю, тип тестових завдань в адаптивній навчальній програмі змінюються залежно від результатів поточного тестування знань і умінь учнів (адаптація за пізнавальними можливостями учня), від часу, затраченого на виконання контрольних завдань (адаптація за часом), від змісту і характеру помилок, припущених учнем (адаптація за помилками).
Реалізація адаптивних навчальних програм з курсу фізики забезпечує вищий ступінь індивідуалізації порівняно з традиційною груповою формою навчання, повне використання пізнавальних можливостей кожного учня [8]. Програми цього виду можуть застосовуватися для додаткового ознайомлення учнів з навчальним матеріалом, для формуванняосновних понять, первинного і підсумкового закріплення й повторення навчального матеріалу, відпрацювання основних умінь і навичок, а також для самоконтролю та контролю знань. Крім того, вони мають кілька режимів роботи, наприклад навчання, тренування, закріплення, контроль знань, тематичний залік.
Демонстраційні програми це ППЗ, призначені для відтворення відеозапису фізичних явищ і дослідів або їх імітації. Вони використовуються для повторення навчального матеріалу у випадках, коли дослід не можна відтворити через недостачу приладів або з якихось інших причин, а також для демонстрування явищ, тривалість яких значно перевищує відведений на це час. Демонстраційні програми відтворюють реальні процеси, цифрова форма їх запису дає змогу акцентувати увагу учнів на найактуальніших її елементах.
Комп’ютерні моделі – це ППЗ, призначені для імітації фізичних дослідів, явищ, процесів шляхом побудови (засобами математичного моделювання) їх ідеалізованих моделей. Комп’ютерні моделі легко вписуються в традиційний урок, дають змогу вчителю моделювати явища, створювати абстрактні моделі, які в процесі вивчення курсу фізики описувалися словесно. Комп’ютерні моделі є ефективним засобом пізнавальної діяльності учнів, що відкриває перед учителем фізики широкі можливості з удосконалення навчально-виховного процесу. Комп’ютерні моделі використовуються на уроках фізики під час вивчення властивостей ідеальних моделей (ідеальний газ, електричне поле, електронний газ тощо), моделювання класичних дослідів з фізики (досліди Йоффе – Міллікена, Перрена, Кулона, Мандельштама, Папалексі); моделювання явищ, які не можна відтворити засобами шкільного фізичного кабінету (ядерний магнітний резонанс, стан критичної маси речовини); демонстрування принципу дії машин, приладів і установок (водяний насос, шлюз, парові машина і турбіна, коливальний контур, маятник, електровакуумні та напівпровідникові прилади, плазмотрон, циклотрон, ядерний реактор тощо), закріплення навичок фізичних вимірювань (визначення ціни поділки приладів, маси мікрочастинок тощо).
Лабораторні роботи це ППЗ, які є імітаційними моделями дослідження певних фізичних явищ засобами комп’ютерного моделювання [62].
Лабораторні роботи відрізняються від комп’ютерних моделей явищ тим, що крім моделі демонстраційної установки вони містять додаткові блоки, а саме: блок зберігання результатів експериментальних досліджень, підпрограми побудови графіків залежності фізичних величин, блок обробки результатів експериментальних досліджень, а також електронний журнал, до якого автоматично заносяться результати діяльності учня.
Тренажери для розв’язування задач сприяють формуванню в учнів умінь і навичок розв’язувати фізичні задачі. Зміст цих програмних засобів становлять задачі, згруповані відповідно до рівня складності. Вони містять також підказки системи (радники), довідкові матеріали. Відповіді до задач можуть вводитись як у числовому, так і в загальному вигляді, причому в останньому випадку учень вводить формули в комп’ютер за допомогою клавіатури, а програма розпізнає відповіді незалежно від способу їх написання.
Контролюючі ППЗ виконують функції поточного і підсумкового контролю знань, умінь учнів, набутих у процесі навчання. Часто це тестові завдання з вибором відповіді. Ці програми дають змогу оперативно оцінити й проаналізувати знання великих груп учнів. Деякі програми ведуть статистичну обробку відповідей учнів, що дає вчителю підстави зробити висновок про якість вивчення того чи іншого розділу програми. Значної актуальності набувають програми тематичного контролю знань.
В Україні відомі й поширені педагогічні програмні продукти фірми «Физикон» під загальною назвою «Открытая физика» та іллюстративно-демонстраційний комплекс «Физика в картинках», розроблені Білоруським державним університетом «Активная физика». Програмні продукти відповідно сертифіковані Міністерствами освіти Росії та Білорусії.
В Україні процес розробки ППЗ перебуває на стадії становлення. На нашу думку, інтенсифікувати процес можна залученням бюджетних асигнувань на їх розробку; розробкою і затвердженням державного стандарту України на ППЗ; створенням центру сертифікації для доведення існуючих ППЗ до рівня вимог державного стандарту, організацією фонду ППЗ для їх популяризації, тиражування й розповсюдження.
Досвід використання комп’ютерної техніки в навчальних закладах за рубежем показує доцільність такого підходу. Так, у школах США, Великобританії ефективно використовуються на уроках природничо-математичного циклу лабораторні пристрої типу «Веlа», що з’єднуються з комп’ютером і дають змогу проводити комплексну обробку результатів експерименту.
Такі системи знайшли широке використання в промисловості, наукових дослідженнях. Використання ВОК у школі сприяє формуванню в учнів уявлень про використання НІТ у галузі управління процесами в промисловості.
Впровадження технологій інформатики в навчально-виховний процес фізики дає змогу модернізувати зміст і спосіб запису інформації фонду і традиційних дидактичних засобів (плакати, слайди, кінофільми). Мається на увазі перезапис інформації, яку несуть ці дидактичні засоби, на сучасні носії інформації – відеокасети, лазерні диски з внесенням відповідних змін до змісту цих засобів, що уможливлює використання методичних досягнень попередніх років.
Досвід упровадження електронно-обчислювальної техніки у навчальний процес показав доцільність такого підходу, коли разом з комплектами навчально-обчислювальної техніки, розміщеними в кабінеті інформатики, використовуються автономні ЕОМ, що розміщені безпосередньо в навчальному кабінеті. Такий підхід сприяє раціональнішому використанню ресурсів електронно-обчислювальної техніки [6].
Комплекти навчально-обчислювальної техніки використовуються для підтримки індивідуальних форм навчання: розв’язування задач, виконання лабораторних робіт, тематичного контролю знань, позакласної роботи. Поряд з цим автономні ЕОМ використовуються для підтримки групових форм діяльності в кабінеті фізики. Так, у кабінеті фізики автономний комп’ютер виконує функції інформаційного технічного засобу навчання, вимірювального інструменту, допоміжного пристрою обробки результатів експерименту, джерела поточного контролю засвоєння знань. Дослідження в області використання технічних засобів навчання нового покоління, проведені В. Прудським (Слов’янський педагогічний університет), А.М. Сільвейстром (Вінницький педагогічний університет), довели доцільність використання в кабінеті фізики комп’ютерно-телевізійних комплексів.
Один із американських дослідників П. Нортон відзначає, що природа засобів передачі інформації (усна мова, книги, кіно, радіо, телебачення, ЕОМ) цілком певним чином впливає на формування і розвиток психічних структур людини, в тому числі мислення. Так, друкований текст, який був протягом віків основним джерелом інформації, будується на принципах абстрагування змісту від дійсності і в більшості мов організується фраза за фразою в порядку читання зліва направо, що формує способи мислення за структурою, дещо схожі до структури друкованого тексту, якій притаманні такі особливості, як лінійність, послідовність, аналітичність, предметність, ієрархічність, раціональність.
Електронне середовище ще в більшій мірі спроможне формувати такі характеристики, як схильність до експериментування, гнучкість, зв’язність, структурність. Ці характеристики сприяють створенню умов творчого навчального пізнання. Створюються можливості сприймати по-новому факти, які здаються очевидними, знаходити засоби поєднання далеких, на перший погляд, речей, встановлювати оригінальні зв’язки між новою і старою інформацією.
Умови, які створюються за допомогою комп’ютера, повинні сприяти формуванню мислення тих, хто навчається, орієнтувати їх на пошук системних зв’язків і закономірностей. Комп’ютер, як підкреслює П. Нортон, є потужним засобом надання допомоги в розумінні багатьох явищ і закономірностей, проте потрібно пам’ятати, що він неминуче поневолює розум, який розпоряджається лише набором завчених фактів і навичок.
Дійсно ефективним можна вважати лише таке комп’ютерне навчання, при якому забезпечуються можливості для формування мислення студентів або учнів. При цьому потрібно ще досліджувати закономірності самого комп’ютерного мислення. Ясно тільки те, що мислення, яке формується і діє за допомогою такого засобу, як комп’ютер, дещо відрізняється від мислення за допомогою, наприклад, звичного друкованого тексту або просто технічного засобу.
1.2 Комп’ютеризація навчального процесу
В наш час у сфері освіти спостерігається швидкий перехід до використання нових технологій – комп’ютерів, мультимедійних компакт-дисків та інформаційних мереж, що спричиняє зміну методів і форм організації навчання. Комп’ютери стають звичним атрибутом кожної школи, і вчителі намагаються віднайти такі способи їх застосування, які дозволяють істотно підвищити якість засвоєння матеріалу і розвиток мислення учнів.
Ідея застосування комп’ютера в навчальному процесі виникла у зв’язку з реалізацією програмованого навчання. Спочатку комп’ютер розглядався як більш досконалий порівняно з іншими навчальними машинами засіб програмованого навчання. Згодом стало очевидним, що його застосування приводить до якісних змін у змісті, методах і формах навчання, дозволяє створювати нове навчальне середовище. Окремі методисти стверджували навіть, що комп’ютер зможе замінити вчителя. Сьогодні питання ставиться інакше: коли, де і як доцільніше використовувати комп’ютер? На зміну альтернативі «що краще – вчитель чи комп’ютер», прийшла інша: «вчитель або вчитель і комп’ютер».
Ще недавно вважали, що сфера застосування комп’ютера обмежена переважно предметами фізико-математичного та природничо-наукових циклів. При вивченні гуманітарних дисциплін його використовували лише як засіб унаочнення і як довідник. У міру зростання можливостей комп’ютера, розробки нових навчаючих програм сфера його застосування значно розширилася. Доведено, що комп’ютер – це універсальний засіб навчання, який з успіхом можна використати при вивченні будь-яких навчальних предметів, у тому числі й гуманітарних. З його допомогою можна не лише формувати в учнів репродуктивні знання і уміння, але й розвивати їхню креативність, винахідливість, творчі здібності. За допомогою комп’ютера учні можуть складати і редагувати власні твори, малювати, писати музику.
Нові можливості для навчання відкривають мультимедійні технології, які дозволяють створювати електронні книги, енциклопедії, фільми, бази даних тощо. Їх особливістю є об’єднання текстової, графічної, аудіо – та відеоінформації, анімації. З використанням мультимедійних компакт-дисків поняття, що раніше здавалися абстрактними, стають конкретними або, принаймні, достатньо наочними. Програмне забезпечення мультимедійних комп’ютерів дозволяє дітям бачити текст, чути стереофонічне звучання і переглядати картинки та відеосюжети. Один компакт-диск, наприклад, може містити цілу енциклопедію, в якій є не тільки текст про динозаврів із відповідними ілюстраціями, а й показано, як вони рухалися, імітується їхній голос. Дітям, що не вміють читати, комп’ютер може розповісти про динозаврів людським голосом. Література, історія і мистецтво оживають на екрані монітора.
Технології мультимедіа дають можливість учням, не виходячи з класу, бути присутніми на лекціях видатних учених, педагогів, стати свідками історичних подій минулого і сучасності, відвідати знамениті музеї та культурні центри світу, віддалені та дивовижні місця планети. Комп’ютерні навчальні програми дозволяють істотно підвищити рівень наочності викладання складного матеріалу. За допомогою комп’ютерного моделювання можна вивчати процеси і явища у мікро – та макросвіті, всередині складних технічних і біологічних систем, розглядати у зручному темпі різноманітні фізичні, хімічні, біологічні та соціальні процеси, що реально відбуваються з дуже великою або дуже малою швидкістю. Наприклад, комп’ютерне моделювання дає можливість наочно зобразити сутність таких явищ, як тиск газу чи скорочення серцевого м’яза.
Навчальні програми інтерактивні – вони підтримують діалог учня з комп’ютером. Учень задає вихідні параметри експерименту, контролює перебіг процесу, змінює параметри, робить висновки щодо результатів, звіряє їх із правильними, шукає помилки. Загалом, моделюється хід реального наукового експерименту. Така організація навчання спонукає школяра до роздумів і формулювання самостійних висновків, розвиває уяву і мислення.
Загалом комп’ютер має значні резерви підвищення ефективності навчання; його плюси:
· новизна роботи з комп’ютером викликає в учнів інтерес, посилює мотивацію учіння;
· колір, графіка, мультиплікація, музика, відео значно розширюють можливості викладання навчального матеріалу;
· контакт з комп’ютером стимулює рефлексію, аналіз учнями своєї діяльності завдяки тому, що вони одержують наочне зображення її наслідків;
· з’являється можливість залучати учнів до дослідницької роботи;
· учні звільняються від рутинної роботи (наприклад, обчислень), полегшується внесення виправлень до складених текстів;
· відкривається доступ до баз даних та інформаційних фондів, що дозволяє швидко одержувати потрібну інформацію;
· забезпечується індивідуалізація навчання (комп’ютери можуть успішно виконувати функцію особистих репетиторів для учнів, що прискорює і робить ефективнішим навчання);
· комп’ютери розширюють можливості програмованого навчання: дозволяють викладати матеріал у певній послідовності, регулювати його обсяг і складність відповідно до індивідуальних можливостей учня, забезпечують поточний зворотний зв’язок;
· розвиток комп’ютерної техніки та мережі Інтернет розширює можливості дистанційного навчання;
· використання комп’ютера дозволяє підвищити об’єктивність оцінювання знань учнів.
Серцевиною комп’ютерної системи навчання є навчаюча програма, яка керує пізнавальною діяльністю учня, виконуючи певні функції вчителя. У ній розрізняють навчальний матеріал (тексти, малюнки, схеми, задачі, запитання, підказування, репліки тощо) і спеціальну програму, що визначає, як і в якій послідовності подається матеріал учневі.
Розрізняють такі основні види комп’ютерних навчаючих програм:
Комп’ютерний підручник – програмно-методичний комплекс, який дозволяє самостійно засвоїти навчальний курс або його розділ (як правило, поєднує в собі якості підручника, довідника, задачника та лабораторного практикуму);
контролюючі програми – програмні засоби, призначені для перевірки та оцінювання знань, умінь і навичок;
тренажери – слугують для формування та закріплення різного роду навичок (як правило, містять засоби для перевірки досягнутих результатів і можливості для регулювання вправ, їх швидкості, інтенсивності, складності тощо);
ігрові програми – стимулюють пізнавальну активність учнів, сприяють розвитку їхньої уваги, кмітливості, пам’яті;
предметно-орієнтовані середовища – програми, які моделюють мікро – та макросвіти, об’єкти певного середовища, зв’язки між ними, їхні властивості. Завдяки таким програмам учні можуть проводити експерименти, дослідження. Наприклад, програма «Лабораторія Архімед»: на екрані комп’ютера видно стіл, предмети, з яких можна зібрати хімічну установку для проведення дослідів. Учень за допомогою миші вибирає потрібні реактиви, і, якщо вибір зроблений правильно, з’являється ролик, який демонструє хід реакції. Таке моделювання підвищує наочність навчання, а вивчення процесів у їх динаміці сприяє глибшому засвоєнню матеріалу.
Як свідчить досвід, використання комп’ютера у навчанні не зменшує, а збільшує необхідність допомоги учням з боку вчителя. Однак зміст його діяльності при цьому змінюється. Основним стає не передача знань учням, а організація їх самостійної пізнавальної активності. У зв’язку з цим діяльність вчителя в умовах комп’ютеризованого навчання набуває нових функцій: здійснення оперативного керування індивідуальною діяльністю всіх учнів класу; своєчасна оцінка труднощів кожного учня при розв’язанні пізнавальних задач і надання їм необхідної допомоги; врахування специфічного характеру помилок, що їх допускають учні.
Комп’ютер не може замінити вчителя, більше того, він стає ефективним засобом навчання лише тоді, коли вчитель вміло керує взаємодією учня з ним. Водночас деякі методисти висловлюють припущення, що в школі майбутнього вчителі й підручники будуть відігравати далеко не головну роль. Замість них звичними стануть мультимедійні монітори, широка комп’ютерна мережа і багатоканальні системи зв’язку. Завдяки розвитку інформаційних мереж, учні зможуть стати свідками або навіть у міру можливостей учасниками розв’язання актуальних природничих і соціальних проблем.
Варто відзначити, що фізика вносить вирішальний вклад у створення сучасної обчислювальної техніки, вона є матеріальною основою інформатики. Сучасна фізика відкриває нові перспективи для подальшої мініатюризації, збільшення швидкодії і надійності обчислювальних машин. Застосування комп’ютерів дає також можливість більш ефективно викладати навчальний матеріал, допомагає в проведенні дослідів і т.д. Наступність у фізиці з інформатикою проявляється, зокрема, в тому, що учні в 9-му класі ще не в повній мірі володіють навиками користування комп’ютером і ми надаємо їм можливість на прикладі фізичних задач здобути навички як з фізики, так і інформатики. В 11-х класах діти вже вміють користуватись комп’ютером і за допомогою комп’ютерних моделей фізичних явищ тощо, вони здатні самостійно здобувати знання з фізики.
Комп’ютерне моделювання уже давно стало предметом досліджень як фундаментальної науки, так і вищої школи. Воно передбачає детальний аналіз фізичного явища чи процесу, побудову фізичної моделі (абстрагування від несуттєвих впливів, вибір законів, які описують відповідні процеси), створення математичної моделі, реалізації її засобами інформаційних технологій, проведення відповідних розрахунків на ПК та аналіз отриманих результатів [20] .
Важливим аспектом реалізації комп’ютерних моделей є отримання вихідної інформації у графічній формі. Особливості людської психіки і фізіології дозволяють швидко аналізувати, миттєво асоціювати з накопиченим досвідом і розпізнавати графічні образи на відміну від сухого набору формул і цифр. До того ж вміння аналізувати графічні залежності між різними величинами – це не лише необхідний елемент фізичної освіти, а й важливий чинник загального розвитку школяра та професійного становлення у будь-якій галузі.
Перша проблема, яку потрібно вирішити, впроваджуючи елементи комп’ютерного моделювання при вивченні фізики – вибір інструментальних засобів його реалізації. У час зародження сучасних інформаційних технологій єдиним способом було використання мов програмування високого рівня. За останні десятиріччя опубліковано немало книг та статей, де розглядається розв’язання фізичних задач таким способом. Поява спеціалізованих програмних продуктів для автоматизації математичних обчислень суттєво змінює стан справ у галузі комп’ютерного моделювання. Використання комп’ютера на уроці фізики, яку вивчають усі без винятку школярі, не повинно вимагати від них спеціальних знань з програмування, а давати можливість працювати у простому, інтуїтивно зрозумілому для них середовищі. Це дасть змогу не витрачати зайвий час на непродуктивну діяльність по створенню та налагодженню програми (з таким самим успіхом можна будувати графіки на міліметровому папері, виконуючи обчислення за допомогою калькулятора), а зосереджуватися на аналізі фізичної суті тих процесів, які ховаються за побудованими комп’ютером графіками.
Впровадження нових технологій у навчальний процес сприяє всебічному розвитку й формуванню світогляду особистості. З розвитком інформаційних технологій стає можливим застосування їх не лише в дисциплінах, що традиційно базуються на застосування комп’ютерів, інформатиці, комп’ютерному моделюванні, чисельних методах тощо, а й у класичних навчальних курсах [3] . Наприклад, застосування персонального комп’ютера під час проведення занять з фізики можливе в таких випадках:
· супровід демонстраційного експерименту на лекційних заняттях;
· застосування комп’ютера в лабораторних роботах і комп’ютерному практикумі;
· самостійна робота з використанням комп’ютера.
Досліджуючи переваги чи недоліки впровадження інформаційно-освітніх технологій, специфічним «барометром» їх застосування виявляється учнівська і студентська молодь. Педагогічний досвід засвідчує, що повноцінну освіту можна здобути лише в діалозі учня з учителем, студента з викладачем. Відтак і думка учня має багато важити в оцінці новітніх інформаційно-освітніх технологій. Комп’ютеризовані лабораторні заняття мають порівняну із звичайними заняттями ефективність лише за умови вивчення загальних розділів певної навчальної дисципліни. А ось під час вивчення специфічної часткової інформації ефективність комп’ютеризованих занять помітно знижується і одночасно підвищується навчальне значення лекцій. Отже, застосування сучасних методів не завжди поліпшує ефективність навчання при розподілі навчального часу між практичними комп’ютеризованими заняттями.
Та хоч би які неоднозначні оцінки давалися процесу впровадження інформаційно-освітніх технологій, позитивний вплив їх на стан сучасної освіти загальновизнаний. Багатьма сучасними дослідженнями обгрунтовано, що застосування інформаційних технологій в освіті сприяє підвищенню ефективності навчального процесу, оволодінню загальними методами знання і стратегією засвоєння навчального матеріалу, самостійному вибору режиму навчальної діяльності, організаційних форм і методів навчання. «Усе це, в свою чергу, сприяє формуванню умінь формалізувати знання про предметний світ, самостійно здобувати знання, прогнозувати закономірності, що вивчаються, робити «мікро-відкриття» закономірностей аналізованої предметної ділянки. Це дає змогу замінити ілюстративно-пояснювальні методи навчання широким спектром різних видів навчальної діяльності, орієнтованих на активне використання засобів інформаційних та комунікаційних технологій як інструментів пізнання і самопізнання, інструментів дослідження, конструювання, вимірювання і формалізації знань про предметний світ» [49] . Водночас застосування різних засобів інформаційно-освітніх технологій не тільки привчає користувачів до сучасних методів вивчення основ наук, а й готує їх до інтелектуальної діяльності в інформаційному суспільстві.
Загалом традиційні та інформаційні технології мають бути застосовані залежно від навчальних цілей і навчальних ситуацій, «коли в одних випадках необхідно глибше зрозуміти потреби того, хто навчається; в других – важливий аналіз знань у предметній галузі; у третіх – основну роль може відігравати врахування психологічних принципів навчання» [36] .
1.3 Роль та функції фізичного експерименту в сучасному навчально-виховному процесі
Виходячи з концепції посилення ролі емпіризму у навчанні обґрунтовано функції навчального фізичного експерименту, показано їх значення для сучасного процесу навчання фізики.
Дати вичерпне і однозначне визначення навчального фізичного експерименту (НФЕ) через ближній рід та видові відмінності важко, але, вважаючи його деяким специфічним і обов’язковим елементом навчально-виховного процесу з фізики, то можна констатувати: – навчальний фізичний експеримент – це специфічна, певним чином організована невід’ємна складова навчального процесу з фізики, реалізація якої включає в себе одночасне поєднання як теоретичного осмислення змісту тих об’єктивних фізичних явищ, які є в структурі навчального матеріалу, що вивчається, так і практичного їх здійснення в умовах, найбільш зручних для їх чуттєвого сприйняття, для здійснення різнопланових і спостережень, для вимірювання притаманних їм фізичних величин та встановлення зв’язків з іншими, вже відомими учням фізичними явищами. В.Ф. Шилов пропонує, що: НФЕ – це відтворення, а далі спостереження та проведення вимірювань об’єктивних процесів і явищ природи в навчальних цілях, що пред’являють експерименту ряд додаткових вимог, основні з яких: – простота (у порівнянні з науковими дослідженнями), наочність, врахування інших психологічних законів сприйняття, а також методики навчання курсу фізики [63, с. 7]. А також, НФЕ – це такий організований учителем фізики вид навчальної діяльності, який запроваджується з метою забезпечення для учнів наукового пізнання, для організації «відкриття» ними об’єктивних закономірностей природи; він полягає у певному впливі на об’єкт, процес або явище, що саме вивчаються, за допомогою деяких спеціальних інструментів і приладів, завдяки чому вдасться: ізолювати те фізичне явище, яке вивчається, від різноманітних побічних, небажаних впливів, тобто вивчати його в «чистому» вигляді; багаторазово відтворювати хід явища в строго фіксованих, контрольованих умовах; планомірно змінювати, варіювати, комбінувати ці умови з метою отримання шуканого результату» [64, с. 5]. Надалі під НФЕ будемо розуміти чуттєво-предметну діяльність учителя фізики й учнів із натуральними, модельованими або вимишленими об’єктами в умовах, які дозволяють надійно слідкувати за протіканням фізичних явищ та процесів і багатократно їх відтворювати з метою вирішення деяких навчально-виховних задач. Враховуючи роль фізичного експерименту в науковому пізнанні реалій матеріального світу логічно запропонувати новий концептуальний підхід як до процесу емпіричного пізнання у навчанні фізики, так і до формування тематики НФЕ. В цьому підході передбачається, що кожне поняття, яке вводиться в шкільний курс фізики, набуває конкретного, образного змісту лише за умови, що з ним буде пов’язаний деякий певний прийом, спосіб, метод спостереження, експериментування, виконання практичних дій для отримання якісної оцінки, а то й проведення кількісного вимірювання; без цього введене поняття не зможе віднайти повнокровного використання у вивченні фізичних явищ або процесів, встановленні притаманних їм закономірностей і адекватного розуміння їх учнями [63, с. 5]. Спираючись на зазначений підхід можна для процесу навчання фізики акцентувати таку переважну його орієнтацію:
а) виокремлення тих фізичних об’єктів та процесів, які будуть вивчатися протягом певного (нетривалого) інтервалу часу, та забезпечення відносної їх ізоляції від великого масиву зв’язків із різноманітними іншими реальними об’єктами і процесами, що вже були вивченими або ще мають вивчатись;
б) проведення учителем чи учнями фізичних демонстрацій, спостережень, дослідів, експериментальних досліджень та виконання завчасно спланованих вимірювань на цих уособлених об’єктах або процесах із тим, щоб через відчуття і сприйняття надати учням можливість здійснити адекватні уявлення (створити уявний образ) про найбільш характерні й вагомі особливості, основні властивості кожного з них;
в) ідеалізація (створення моделі) безпосередньо того фізичного об’єкта або процесу, який саме в даний час вивчається (наприклад, введення поняття «ідеальний газ», «коливальний контур», «планетарна модель атома» і ін.), ототожнення ідеального і реального для конкретних, реально існуючих фізичних об’єктів чи процесів;
г) відображення фізичних властивостей і взаємозв’язків ідеальних об’єктів (моделей) в символах і позначеннях, тотожностях і рівняннях, діаграмах і графіках тощо (саме на даному етапі відбувається активний розвиток думки: – рух її від конкретного до абстрактного, – тобто розумова діяльність учня спрямована на узагальнення, на висунення гіпотез і спробу побудови теорій, на розуміння закономірностей, на формулювання законів і принципів);
д) виконання різноманітних математичних операцій, встановлення співвідношень, запис, аналіз та розв’язок рівнянь, побудова діаграм, графіків та їх інтерпретація і т. п. з метою отримання певних умовиводів, що власне є отримання нових знань (наприклад, з рівняння стану ідеального газу отримують газові закони; з теоретичних уявлень Резерфорда-Бора про будову атома пояснюють лінійчаті спектри атома водню);
е) здійснення на основі тієї чи іншої фізичної теорії інтерпретації результатів, отриманих з проведеного НФЕ;
є) встановлення діапазону (меж) дії формул і розкриття тих змістовних зв’язків, що існують поміж фізичними величинами, які входять до них;
ж) виконання експериментальної перевірки цих нових, «виведених учнями або вчителем разом з учнями» знань на реально існуючих об’єктах [57].
НФЕ володіє своїми, тільки йому притаманними особливостями, оскільки завдяки йому вирішуються виключно навчальні проблеми та й проводиться він, переважно, в середовищі навчальної лабораторії, в зоні функціональних дій учителя фізики та учнів, в умовах навчально-виховного процесу. Оскільки НФЕ органічно вплітається в навчальний процес, безпосередньо випливає із його задач, то з позицій дидактики доцільною і методично виправданою буде така організація процесу навчання, коли всі важливі специфічні сторони експерименту будуть поєднані та узгоджені зі структурою і змістом процесу навчання. НФЕ повинен так бути організованим, щоб в максимальній мірі звільнити від різних побічних впливів саме те фізичне явище чи процес, що вивчається, щоб його суттєві ознаки проявлялись найбільш переконливо і очевидно, щоб допускав багатократне його відтворення, щоб всі учні могли чітко усвідомити ці найбільш важливі ознаки, тобто хід експерименту повинен дозволяти планомірно змінювати, варіювати, комбінувати умови з метою отримання потрібного для навчання результату. Кожний вид НФЕ може бути розглянутий з різноманітних позицій, а саме:
1) як джерело фізичних фактів, нових знань про оточуючий, реально існуючий світ;
2) як один з методів пізнання і вивчення реалій дозвілля;
3) як дидактичний засіб, що забезпечує єдність абстрактного і конкретного у навчанні, завдяки якому навчальний матеріал стає більш наочним та доступним розумінню і усвідомленню учнями;
4) як спосіб організації самостійної експериментально-навчальної діяльності або конструкторської діяльності учнів;
5) як завершальний етап пізнання оточуючого що встановлює зв’язок між теоретичними та практичними аспектами у навчанні;
6) як спосіб діяльності, що розкриває цілі вивчення фізики і проведення фізичних досліджень;
7) як можливість надійно забезпечити формування наукового, діалектико-матеріалістичного світогляду школярів.
Глибина засвоєння учнями основ фізичної науки перебуває в прямій залежності від їх пізнавальної активності в навчанні, від того, наскільки свідомо і міцно вони оволодівають методами наукового пізнання, про роль і значимість яких вони ознайомлюються на прикладі з’ясування значення і місця того чи іншого експериментального методу в фізичних дослідженнях. Цим процесу навчання важливим є те, щоб учні не тільки знали експериментальний метод, але й оволоділи характерною для нього певною сукупністю умінь. Це передбачає організацію і розгортання навчальної експериментальної діяльності учнів, якій притаманними є наступні етапи:
1) формулювання пізнавальної задачі або мети у зв’язку із впровадженим у навчальне середовище даним експериментальним методом;
2) відбір необхідного обладнання та конструювання чи монтаж деякої експериментальної установки з’ясування фізичних принципів, на основі яких забезпечується використання даного експериментального методу;
4) виконання спостереження за реальним об’єктом, фізичним явищем, процесом;
5) проведення вимірювань зняття необхідних показів з приладів, визначення деяких експериментальних даних);
6) словесний опис, інтерпретація отриманих експериментальних їх та їх аналіз;
7) формулювання висновків, заключень, з’ясування практичної значимості отриманих результатів.
Будучи задіяними до виконання НФЕ, учні переконуються як в значенні експерименту для якісного дослідження фізичних явищ і процесів, для спостереження особливостей і суттєвих ознак цих явищ, так і в тому, що фізичний експеримент становить основу розкриття кількісних сторін у цих явищ, встановлення їх характеристик і закономірних зв’язків поміж ними. При цьому особливу цінність у навчанні набувають ті окремі досліди із всієї їх сукупності, які дають можливість здійснювати вимірювання, встановлювати кількісні співвідношення у вигляді доступних розумінню учнями функцій, рівнянь, графіків і т. п. поміж тими фізичними величинами, що в даний час вивчаються. При цьому в наш час в більшій мірі намагаються використовувати прямі вимірювання фізичних величин, що дозволяє швидко, без зайвих ускладнень і рутинних розрахунків знаходити значення конкретних фізичних величин. НФЕ у навчально-виховному процесі взагалі та у навчанні фізики, зокрема, виконує ряд важливих функцій.
1. Світоглядна функція. Завдяки наявності у навчальному процесі фізичного експерименту в різних його проявах вдається надійно забезпечити наукове, діалектико-матеріалістичне бачення учнями реалій оточуючого світу. Проведення фізичних дослідів з натуральними об’єктами, спостереження за реальними фізичними явищами і процесами, вимірювання, розрахунки та оцінка параметрів фізичних величин, поряд з вивченням теоретичного матеріалу, забезпечує надійне формування діалектико-матеріалістичний світогляд кожного учня. Причому, при проведенні НФЕ чітко віддзеркалюються всі основні закони діалектики. Учителі предметів суспільно-політичного циклу, при роз’ясненні основних законів розвитку, часто для прикладів самі використовують відомі учням зі шкільного курсу результати фізичних дослідів, спонукають учнів у відповідях спиратись на вивчені або проведені ними фізичні досліди і спостереження. І це закономірно, адже науковий світогляд не можна сформувати лише на підставі словесних описів і тлумачень, а навпаки, для його формування необхідно скористатись експериментальною діяльністю учнів з реальними об’єктами, розумінням об’єктивних закономірностей і законів оточуючого світу на основі вивчення їх з використанням наукових методів пізнання, проникненням в реальність існуючого і, що зовсім не маловажно, вільного оперування для пояснення об’єктивних подій сучасним науковим термінологічним апаратом.
2. Методологічна функція. Як неодноразово вже зазначалось, проведення в шкільних умовах різних видів НФЕ дозволяє чітко розмежувати основні етапи наукового пізнання. В ході проведення учителем або учнями фізичних дослідів акцентується їх увага на наявності реальних вихідних наукових фактів як первинного елементу, необхідного і достатнього для планування та розгортання фізичного експерименту. На необхідності висунення моделі-гіпотези. На створення адекватної ідеям гіпотези експериментальної установки і вивчення поведінки цієї, але вже матеріалізованої, моделі-гіпотези в різноманітних режимах функціонування та в змінюваних умовах зовнішнього впливу – як основного елементу експериментального пізнання. На тому, що тільки проведений експеримент може дати вичерпну відповідь про достовірність логічних наслідків, які витікають із запропонованої гіпотези – завершального етапу пізнання. Поряд з цим у НФЕ в достатній мірі віддзеркалюються структура, матеріальні засоби і основні методи, притаманні науковому фізичному експерименту. Учитель фізики, який в своїй професійній діяльності відводить належну роль різним видам навчального експерименту, постійно має можливість актуалізувати увагу учнів на узагальнених планах дій вченого-експериментатора і здійснювати їх перенос на учнів-дослідників, показувати спільне в їх експериментально-дослідній роботі.
3. Навчаюча функція. Проведення на уроках фізики різних видів навчального експерименту, особливо з використанням в його організації евристичного і дослідницького прийомів, дозволяє стверджувати, що в такому разі НФЕ виступає як один з практичних методів навчання. Він не тільки ілюструє вивчений матеріал, а й дозволяє створити ефективний супровід для оволодіння навчальним матеріалом, оптимально впроваджувати у навчання пошуково-дослідницьку діяльність учнів. Крім того, як це видно з сучасних навчальних програм та нових підручників фізики, часто сам зміст навчального фізичного експерименту стає предметом вивчення.
4. Контрольно-корегуюча функція. Все частіше НФЕ знаходить дещо нове використання. Завдяки проведенню на вимогу учителя його учнями вдається об’єктивно встановити і оцінити глибину розуміння ними навчального матеріалу з фізики, а якщо це необхідно – виконати корегуючи дію. Це можуть бути короткотривалі фрагменти демонстраційного експерименту, фронтальний дослід чи деякий фрагмент лабораторної роботи. Учням чи окремому учневі пропонується ретельно підготувати і провести короткотривалий дослід, а також пояснити одержані результати. В тому випадку, коли у фронтальній лабораторній роботі чи роботі фізичного практикуму чітко виокремленні окремі експериментальні операції, то може бути організований взаємоконтроль між ланками учнів чи їх самоконтроль.
5. Політехнічна функція. Завдяки систематичному використанню різних видів навчального експерименту учитель фізики має ефективну і дієву можливість проілюструвати учням загальнонаукові принципи і підходи щодо організації сучасного промислового чи сільськогосподарського виробництва. Гарантовано може прищепити основні, найбільш потрібні у повсякденному житті, навички і прийоми виконання різноманітних вимірювань, використання сучасних вимірювальних приладів тощо. Демонструючи деякі фізичні досліди, учитель має спроможність акцентувати увагу учнів саме на можливості практичного використання виучуваних фізичних явищ і процесів, а демонструючи принципи дії моделей чи конкретних машин і технічних пристроїв має можливість знайомити учнів із загальнотехнічними принципами автоматизації виробничих процесів. Крім того, учні під час виконання лабораторних робіт і фронтальних дослідів самі мають можливість досліджувати будову і принцип дії ряду важливих для сучасного виробництва приладів і пристроїв, а саме таких як: електромагнітні реле, електродвигуни, електрогенератори, підсилювачі, логічні елементи і багато іншого. На уроках фізики, саме завдяки використанню учителем чи учнями того чи іншого виду навчального фізичного експерименту, в учнів формується ряд надзвичайно важливих практичних умінь і навичок, зокрема, таких як: виконувати різноманітні вимірювання за допомогою як найбільш поширених, так і специфічних фізичних приладів, здійснювати обробку матеріалів, впливати на властивості цих матеріалів за допомогою силових і енергетичних діянь тощо. В процесі проведення спостережень фізичних явищ, виконання фронтальних дослідів і лабораторних робіт в учнів активізується технічна думка, в цей час учитель найбільш ефективно може впливати на розвиток їх науково-технічного мислення.
6. Профорієнтаційна функція. Вона полягає в тому, що сучасними засобами, притаманними НФЕ є можливість успішно реалізовувати задачі підготовки учнівської молоді до свідомого вибору майбутньої професійної діяльності, здійснювати поєднання навчання фізики з елементами продуктивної праці. Ефективне засвоєння загальнонаукових принципів сучасного виробництва, узагальнених поглядів на конкретні дії виробника неможливе без спостереження за проявом, використанням фізичних явищ і закономірностей у виробництві, без виконання різноманітних дослідів на технічному обладнанні, на спеціальних моделях, завдяки яким учні набувають найпростіших первинних навичок правильного поводження із сучасними засобами високопродуктивної праці, різноманітними механізмами, машинами, технологічними лініями. Все це створює надійну, науково обґрунтовану основу професійної орієнтації учнів на професії, пов’язані, насамперед, із фізичною наукою, із новітніми технологіями, із впровадженням автоматизації і комп’ютеризації у виробничу діяльність тощо.
7. Раціональна функція. Проведення демонстраційних дослідів учителем, самостійне виконання учнями різних видів фронтального експерименту володіють великими потенційними можливостями активно впливати на розвиток мислення учнів, дієво використовувати ними різноманітні поєднання мислительних операцій при з’ясуванні суті фізичних явищ, що безпосередньо експериментально досліджуються. Первинну інформацію з експерименту учні отримують внаслідок дії подразників на органи відчуття, але цього зовсім не достатньо для отримання знань про фізичну сутність того чи іншого досліджуваного ними фізичного явища. Наступний крок – перехід від конкретного до абстрактного, а точніше до їх єдності: все це необхідні елементи раціонального у всіляких їх проявах. Саме НФЕ у своїй повноті чудово забезпечує широкі можливості для застосування учнями комплексу мислительних операцій з метою встановлення фізичної суті спостережуваного явища або процесу, у зрозумінні ролі і значення того чи іншого фізичного досліду, у формулюванні учнями умовиводів у формі усного чи письмового звіту про виконану експериментальну роботу. Постійна необхідність активного включення мислення учнів на всіх етапах виконання НФЕ ефективно сприяє його розвитку, забезпечує надійний і в той же час контрольований учителем спосіб переходу від простої, репродуктивної діяльності учнів у навчанні до діяльності більш високого рівня – продуктивної, творчої. Перехід від сприйняття простих демонстрацій, самостійне виконання не складних за змістом та обладнанням фронтальних дослідів і спостережень до все більш складних навчальних експериментів сприяє розвитку в учнів творчості і самостійності. Використання у демонстраціях і лабораторних роботах типового навчального обладнання з досить об’ємистого переліку, використання саморобного обладнання, безпосередня робота з ним спонукають учнів робити пропозиції стосовно удосконалення, модернізації, а то й конструювання чи виготовлення нових приладів і навчальних установок. У такий спосіб здійснюється розвиток конструкторських умінь та навичок, формуються і розвиваються елементи науково-технічної творчості.
8. Пізнавальна функція. НФЕ притаманна здатність відчутно активізувати пізнавальну діяльність учнів у навчанні. Відомо, що саме на цій основі – тобто на включенні учнів у активну експериментальну діяльність, учитель фізики може формувати практично у кожного учня стійкий пізнавальний інтерес як до фізичної науки, так і до інших природничо-математичних наук, основи яких вивчаються в школі, а також на високому, посильному даному учневі, рівні підтримувати інтерес до самого процесу пізнання. Для цього достатньо забезпечити надійне протікання фізичного явища або процесу в демонстраційному досліді чи у фронтальній лабораторній роботі, досягти переконливого фізичного ефекту, чітко сформулювати учням навчальні завдання. Досвід учителів фізики свідчить, що вміла організація і проведення будь-якого виду фізичного експерименту гарантує активізацію навчальної діяльності всіх учнів у класі, не полишає жодного учня байдужим до продемонстрованого досліду чи самостійно виконуваної ним лабораторної роботи, фронтального досліду, експериментального дослідження. А при систематичному проведенні різноманітних видів НФЕ в учнів поступово наростає пізнавальний інтерес не тільки до самого експерименту, а й до фізичної науки, формуються позитивні мотиви до її розуміння і засвоєння.
З вище наведеного випливає, що навчальний фізичний експеримент є поліфункціональною системою, а тому за умови його широкого і систематичного використання у навчанні фізики можна у комплексі вирішувати різноманітні навчально-виховні задачі.
1.4 Аналіз існуючих програмно-педагогічних засобів з теми дослідження
Національною доктриною розвитку освіти в Україні у XXI столітті визначено, що пріоритетом розвитку освіти є впровадження сучасних інформаційних технологій, що забезпечують подальше вдосконалення навчально-виховного процесу, доступність та ефективність освіти, підготовку молодого покоління до життєдіяльності в сучасному комп’ютеризованому суспільстві [41].
Упровадження сучасних інформаційних технологій навчання розкриває широкі можливості щодо суттєвого зменшення навчального навантаження і, водночас, інтенсифікації навчального процесу, надання навчально-пізнавальній діяльності творчого, дослідницького спрямування.
Хоча на сьогоднішній день створено значну кількість навчальних програм, але вони мають певні недоліки. Це стосується і програм з курсу фізики.
Ми проаналізували деякі існуючі програми з фізики. Більшість програм російського видавництва («Открытая физика», «Физикус», «Репетитор по физике»), отже, зорієнтовані на російські стандарти фізичної освіти, зрозуміло, що і текстовий матеріал подається російською мовою. В багатьох програмах спостерігаються помилки, невірно подаються означення понять, помилки в позначеннях фізичних величин на графіках і малюнках, синтаксичні і граматичні помилки. Наявні комп’ютерні програми і програмно-методичні комплекси не забезпечують на належному рівні навчально-виховний процес з фізики. Тому проблема розробки комп’ютерних програм навчального призначення залишається відкритою.
Серед програм вітчизняного виробництва слід відзначити програмно-методичні комплекси «Фізика-7» «Фізика-8» «Фізика-9», створені групою спеціалістів Інституту педагогіки АПН України й корпорацією «Квазар Мікро» [2, 3].
Більш детальніше проаналізуємо деякі із вище згаданих програмних комплексів щодо того, як в них подається матеріал з теми нашого дослідження.
« Ф и зикус » – це російськомовна навчальна програма, розроблена фірмою «Медиахауз». Складається вона із двох дисків і розроблена у вигляді гри, під час якої користувач заходить у будиночок, де повинен набути певних знань. У цій програмі приділена увага п’яти основним розділам фізики: оптиці, механіці, акустиці, електриці, термодинаміці. По кожному із них створена певна кількість керованих динамічних моделей дослідів, експериментів та будови і принципу дії деяких приладів. Позитивною стороною даної програми є її простота у використанні, доступність для розуміння, хороша графіка та динамічність моделей. Але вона має і певні недоліки. В першу чергу це те, що вона охоплює далеко не весь матеріал шкільної програми, а лише деякі його окремі аспекти.
Що стосується геометричної оптики, то тут розглянуто лише наступні моменти: тінь, сонячне та місячне затемнення, відбивання та поглинання променів світла, плоске дзеркало, заломлення, повне відбивання, збиральна та розсіювальна лінза, будова ока та дефекти зору, лупа, мікроскоп та телескоп. Звичайно ж для вивчення геометричної оптики цього недостатньо, хоча при вивченні деяких тем ця програма може дуже допомогти.
«1С: Репетитор по физике » Що стосується цього програмного комплексу, то він охоплює значно більший обсяг матеріалу, ніж «Физикус». За своїм основним призначання він є помічником при самостійному вивченні чи повторенні навчального матеріалу (наприклад, при підготовці до вступу у вуз). У ньому, наприклад, є такі корисні та цікаві складові, як словник, біографії вчених, технічний калькулятор тощо. Також важливою особливістю програми є те, що вона автоматично реєструє, скільки часу і по якій темі працював учень, а також кількість правильно та неправильно розв’язаних задач. Також дана програма містить цікаві пізнавальні відеофрагменти та динамічні моделі, які, на нашу думку, значно підвищують рівень засвоєних знань. Однак, ця програма охоплює далеко не весь шкільний курс фізики.
Отже, враховуючи вище згадане, можна зробити висновок, що питання створення програмних навчальних комплексів залишається відкритим та актуальним і на сьогоднішній день.
2. Методичні аспекти поєднання традиційних та інформаційних технологій при вивченні геометричної оптики
2.1 Аналіз методичної системи вивчення геометричної оптики в загальноосвітній школі
Серед основних властивостей світла найбільш наочною, підтвердженою широким життєвим досвідом є властивість прямолінійно поширюватися в однорідному ізотропному середовищі. Лінія, вздовж якої поширюється енергія світла, називається світловим променем. Отже, промінь – суто геометричний образ. Саме тому, що промінь відображає тільки одну властивість світла, це поняття можна використовувати лише в певних межах. Здавалося б, що промінь можна утворити на досліді, якщо на шляху світла поставити діафрагму з невеликим отвором. Але насправді це не зовсім так. Якщо отвір діафрагми широкий, на екрані утворюється розмита пляма, за формою подібна до діафрагми. Зменшуючи отвір діафрагми, побачимо, що тіньове зображення отвору переходить у чітке зображення джерела світла. Чіткість зображення зростає із зменшенням отвору. Проте це відбувається лише до певної межі, після чого дальше зменшення отвору діафрагми призводить до розмивання зображення. Нарешті, коли отвір дуже малий, весь екран буде повністю освітлений.
Пучок світла від джерела, що обмежується отвором діафрагми, можна вважати наближеною моделлю променя. Зменшуючи розмір отвору діафрагми, утворюємо все вужчий пучок. Проте ми не матимемо змоги створити нескінченно вузький світловий пучок – промінь. Справді, дослід показує, що дальше зменшення розміру діафрагми не тільки не приводить до зменшення перерізу пучка, а, навпаки, веде до його розширення. Тут уже проявляються хвильові властивості світла. Тому обмежимося виділенням вузьких світлових пучків і замінимо їх потім осьовими лініями, які й називатимемо променями світла.
Поняття про промінь світла дає змогу вивчити й осмислити цілий ряд оптичних явищ і законів, пояснити будову і призначення багатьох оптичних приладів. Розділ оптики, що ґрунтується на понятті про промінь, називається променевою або геометричною оптикою. Основне завдання променевої оптики – вивчення будови та дії оптичних приладів.
Оптичні прилади призначені для створення зображення предмета. Кожний світний предмет або, що те саме, джерело світла, можна уявити собі як сукупність окремих світних точок. Зрозуміло, що зображення в цілому складається із зображень окремих точок. Тому спочатку розглянемо, як утворюється зображення окремої світної точки.
 |
а) б) в)
Мал. 1
Із світної точки S, як із спільного центра промені розходяться в усіх напрямах (мал. 1, а). Такий пучок променів називають розбіжним гомоцентричним пучком (тобто розбіжним пучком, що має спільний центр). Якщо примусити хоча б частину променів розбіжного гомоцентричного пучка знову перетнутися в одній точці S′ (мал. 1, б), то вона й буде зображенням світної точки S.
Отже, щоб утворити зображення світної точки, треба перетворити розбіжний гомоцентричний пучок променів у збіжний,
Звідси випливає важливий висновок, який має значення для подальшого вивчення променевої оптики: незважаючи на те, що основним поняттям променевої оптики є поняття про промінь, у променевій оптиці цікавляться поведінкою не стільки одного променя, скільки сукупності променів Із спільним центром розбігу або збігу – гомоцентричними пучками променів світла. Отже, променева оптика є оптикою гомоцентричних пучків світла.
Логічно виникає питання, а яким чином, за допомогою чого можна розбіжні гомоцентричні пучки світла перетворювати в збіжні? Досвід підказує, що це можна зробити або за допомогою відбивання їх, або за допомогою заломлення на межі поділу двох середовищ. У такому разі необхідно вивчити закони відбивання і заломлення гомоцентричних пучків світла. Ці закони зручно вивчати на найпростішому гомоцентричному пучкові – пучку паралельних променів світла. Він має центр збігу у нескінченності (мал. 1, в). Досить простежити лише за одним променем світла у такому пучку, вивчити закономірності, яким він підлягає, оскільки всі промені пучка мають однакові властивості.
Вивчаючи закони відбивання, розглядають ідеальну дзеркальну плоску поверхню, яка повністю відбиває світло без поглинання. Певним наближенням до неї е плоске шліфоване та поліроване металеве дзеркало. (Бажано нагадати учням, що в цьому разі нерівності на плоскій поверхні будуть менші за розміри довжини хвилі).
У розробленій нами програмі спочатку подаємо учням основні поняття, потрібні для вивчення закону відбивання світла, а саме:
а) про кут падіння променя α, як кут між променем, що падає, і перпендикуляром, установленим до площини в точці падіння;
б) про кут відбивання γ. що визначається аналогічно (мал. 2);
в) про площину падіння, що проходить через падаючий промінь та перпендикуляр;
г) про площину відбивання, що визначається аналогічно до площини падіння.
Мал. 2
Нехай на ідеальну дзеркальну плоску поверхню падає під якимось кутом паралельний пучок світла (мал. 3, а). Простежимо за ходом одного з променів.
а) б)
Мал. 3
Закон відбивання складається з двох частин або правил:
1) падаючий промінь, перпендикуляр в точці падіння і відбитий промінь лежать в одній плішини (або площина падіння збігається, з площиною відбивання);
2) кут падіння променя світла дорівнює куту відбивання.
Отже, ідеальна плоска поверхня – дзеркало – не змінює вигляду або, як кажуть, структури паралельного пучка світла – він лишається і після відбивання паралельним і змінює лише напрям свого поширення. Таке підбивання називається дзеркальним.
Металеві поверхні, лише шліфовані, але не поліровані, можуть мати окремі нерівності, розміри яких перевищують довжину хвилі. І тоді падаючий паралельний пучок після відбивання розсіюється (мал. 3, б), хоч переважна частина енергії світла все-таки поширюється в напрямі дзеркального відбивання. Коли нерівності нагромаджені хаотично (матові поверхні), паралельний пучок повністю розсіюється і напрям поширення енергії не залежить від напряму падіння (дифузне відбивання світла). Цей вид відбивання світла має дуже важливе значення в житті людей і тварин, бо дає змогу бачити не лише світні тіла, а й несвітні, що опромінюються джерелами світла.
Бажано підкреслити, що закон відбивання світла однаковий для променів усіх довжин хвиль.
Установивши закон відбивання для паралельного пучка променів, перейдемо до розгляду відбивання від плоскої дзеркальної поверхні розбіжного гомоцентричного пучка променів світла. Основне питання, яке треба при цьому розв’язати: «чи можна за допомогою плоского дзеркала утворити зображення точкового джерела світла?» Користуючись законом відбивання світла, показуємо, що плоске дзеркало не має дійсного зображення точкового джерела (мал. 4). Розбіжний гомоцентричний пучок променів лишається розбіжним. Кут розхилу також не змінюється. Змінюється лише напрям поширення пучка. Отже, за допомогою плоского дзеркала не можна утворити дійсне зображення точкового джерела, а отже, і світного тіла в цілому. Проте учні з досвіду знають, що дзеркало утворює уявне зображення (мал. 4).
 |
 |
Мал. 4
Як можна ввести поняття про уявне зображення? Тут є два способи. Перший спосіб – зауважити, що уявне зображення утворюється лише при спостереженні оком і про нього мова буде пізніше, а другий – ввести це поняття уже на даному етапі. Це можна зробити так. Насамперед розповідають учням, не вдаючись до розгляду будови ока (вона вивчається пізніше), що спостерігач бачить зображення світної точки в тому місці, де перетинається обернене продовження світлових променів, які входять в око. Це зображення буде дійсним, якщо в тому місці розташоване реальне джерело світла або його реальне зображення, створене попередньою оптичною системою, або уявним, якщо в тому місці ні джерела, його дійсного зображення немає. Після такого попереднього зауваження можна розглянути уявне зображення точки або предмета, що його дає плоске дзеркало.
Щоб утворити дійсне зображення при відбиванні світла, очевидно, треба скористатися криволінійними поверхнями. Найважливіші з них – сферичні: такі поверхні порівняно легко шліфувати й полірувати, і вони дають потрібний ефект.
Якщо на сферичне дзеркало малої кривизни спрямувати паралельно головній оптичній осі не дуже великого перерізу паралельний пучок променів світла, то вони (з достатнім наближенням) перетнуться в одній точці на осі. Цю точку називають головним фокусом дзеркала. Ввівши поняття фокуса і променів побудови, можна перейти до побудови зображень у сферичних дзеркалах. На закінчення варто розповісти про використання сферичних дзеркал у науці й техніці.
Інша можливість, утворити зображення світної точки (або предмета) пов’язана з використанням закону заломлення світла. Щоб вивчити цей закон, розглянемо монохроматичний пучок паралельних променів світла, який падає на плоску межу поділу двох прозорих діелектриків.
На відміну від відбивання, промені різної довжини хвилі заломлюються по-різному, тому надалі, якщо не буде якихось додаткових умов, користуватимемося монохроматичним світлом.
Простежимо за ходом заломлених променів (мал. 5).
Мал. 5
Закон заломлення світла, як і закон відбивання, також складається з двох частин:
1) падаючий і відбитий промені лежать в одній площині з перпендикуляром, проведеним у точці падіння;
2) відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення – величина стала для даних двох речовин, що межують, і є лише функцією довжини хвилі, а саме:
.Стала n називається показником заломлення другою середовища відносно першого або просто відносним показником заломлення.
З хроматичності заломлення випливає обмеженість поняття променя. Ввівши поняття монохроматичного пучка променів, ми наближаємо променеву оптику до хвильової. Це доповнення дасть змогу і в хвильовій оптиці широко використовувати поняття променя.
З означення відносного показника заломлення випливає, що для кожної речовини він залежить від речовини, з якою вона межує. Щоб усунути цю неоднозначність, вводять поняття про абсолютний показник заломлення, коли межуючим середовищем є вакуум. Очевидно, для самого вакууму абсолютний показник заломлення дорівнює одиниці.
Пояснимо зв’язок між абсолютним і відносним показником заломлення світла. Розглянемо хід променів на межі води і скла. Якщо промінь з води потрапляє в скло під кутом α і заломлюється в склі під кутом β, то відносний показник заломлення скла відносно води буде 
. Припустимо тепер, що з вакууму промінь світла падає на скло під якимось кутом і (мал. 6, а), для якого кут заломлення дорівнює β. Тоді абсолютний показник заломлення для скла буде
. Якщо з вакууму промінь світла падає на воду під тим самим кутом і (мал. 6, б), то кут заломлення α, як показує дослід, буде трохи більший за кут β для скла. А абсолютний показник заломлення для води 
буде меншим за nc
. Це дає підставу ввести поняття оптичної густини речовини.
Мал. 6
Ту з двох речовин називають оптично густішою, абсолютний показник заломлення світла в якої більший. Це поняття полегшує вивчення явища повного відбивання світла та ряду інших явищ. Як правило, оптично густіші речовини мають також більшу густину речовини. Однак є й винятки. Наприклад, скипидар має абсолютний показник заломлення 1,47, а густину 0,87 г./см3 , у той час як абсолютний показник заломлення льоду 1,31, а густина 0,92 г./см3 .
Обчислюючи відношення абсолютних показників заломлення води і скла 
дістаємо вираз, що дорівнює відносному показнику. Отже, 
і звідси випливає, що відносний показник дорівнює відношенню абсолютних показників заломлення світла і є показником заломлення другої речовини (в яку поширюється заломлене світло) відносно першої (в якій падає світло).
Коли світло падає на межу поділу двох прозорих середовищ, то, крім заломлення, завжди відбувається також відбивання світла, закон якого ми вивчали раніше. Бажано, вивчаючи це питання, проаналізувати розподіл падаючої енергії між відбитою та заломленою. Нагадуємо учням, що частка відбитої (а отже, і заломленої) енергії світла залежить як від оптичних властивостей межуючих середовищ, так і від значення кута падіння. Якщо, наприклад, світло падає з повітря на скляну пластинку перпендикулярно до її поверхні (α=0), то відбивається всього близько 5% енергії, а 95% енергії проходить через межу поділу. При збільшенні кута падіння частка відбитої енергії зростає і при ковзному падінні (α=90°) світло відбивається майже повністю.
Доцільно звернути увагу учнів на те, що відбивання світла все ж ніколи не буває повним. Навіть для кутів падіння, близьких до 90°, частина енергії все-таки переходить у друге середовище. Проте у випадку падіння світла з оптично густішого в оптично менш густе середовище за певних умов можливе повне відбивання світла. І в цьому разі частка відбитої енергії зростає із збільшенням кута падіння, проте за іншим законом: починаючи з якогось кута падіння, що називається граничним, світло повністю відбивається від межі поділу. Це явище називають повним відбиванням (мал. 7). Часто його називають також явищем повного внутрішнього відбивання. Останнє твердження не суперечить попередньому, бо повне відбивання може бути тільки внутрішнім.
Мал. 7
Як і при заломленні на плоских поверхнях, тут доцільно розглянути практично важливий випадок – заломлення гомоцентричних пучків променів світла на прозорій речовині, обмеженій сферичними поверхнями. Такий пристрій називають лінзою (мал. 8). Пряма, що проходить через центри кривизни заломлюючих поверхонь О і О1 , називається оптичною віссю. Оптична вісь перетинає заломлюючі поверхні в точках А і В. Для дуже тонких лінз, які ми розглядатимемо, ці дві точки зливаються в одну, яку називають оптичним центром лінзи.
Мал. 8
Потім вводимо поняття про фокус і фокальну площину. Можна почати з демонстрації, спрямувавши на просту лінзу, прикриту непрозорим екраном з невеликим отвором у центрі, паралельний пучок світла. Промені, що проходять через відкриту Чистину лінзи, після заломлення проходять через деяку точку F осі. Якщо в цій точці поставити екран, то в місці перетину променів побачимо невеличку яскраву пляму. Прийнявши діафрагму, помітимо, що пляма розширюється. Звідси робимо важливий висновок, що проста лінза збирає паралельний пучок променів у точку лише за умови, коли переріз його невеликий. Визначаємо поняття фокуса як точки, в якій перетинається паралельний пучок променів, що падає паралельно оптичній осі, і фокальної площини, що проходить через фокус перпендикулярно до оптичної осі. У фокальній площині перетинаються вузькі паралельні пучки Променів, які падають під невеликим кутом до оптичної осі. Точка перетину лежить там, де зустрічає фокальну площину промінь, що проходить без заломлення через оптичний центр лінзи. Зазначаємо, що довільний промінь, паралельний до оптичної осі, після заломлення проходить через фокус, а промінь, що проходить через оптичний центр лінзи, не заломлюється.
Проробимо такий дослід. Помістимо лампу розжарювання з прозорим скляним балоном за фокальною площиною задіафрагмованої лінзи, неподалік від її оптичної осі. У певній площині за лінзою легко відшукати чітке і яскраве зображення розжареної нитки лампи. Утворення зображення можна пояснити так. Кожна світна точка S нитки має зображення S1 у пивній площині поза лінзою. Оскільки світний предмет можна розглядати як сукупність окремих світних точок, то в тій самій площині дістанемо зображення нитки лампи. Площина предмета і площина зображення називаються спряженими площинами. Отже, лінза перетворює розбіжний пучок променів, що падає на неї від кожної точки предмета, в збіжний пучок у спряженій площині. Щоб знайти положення точки S1 , можна простежити за ходом через лінзу будь-яких двох променів гомоцентричного пучка, оскільки точка визначиться перетином двох прямих. У загальному випадку для цього треба було б виміряти кути падіння на першу й другу поверхні лінзи кожного з цих двох променів і, знаючи показник заломлення скла, визначити їх напрями після проходження через лінзу. Можна зробити інакше: знаючи положення фокуса, скористатись для знаходження зображення не довільними променями, а тими, хід яких нам наперед відомий, наприклад, променем, що йде паралельно оптичній осі, та променем, що проходить через оптичний центр. Перший промінь після заломлення пройде через фокус лінзи, а другий взагалі не змінює свого напряму. Перетин цих двох променів дає змогу побудувати зображення точки S1 , якщо відоме положення лінзи, оптичної осі та її фокусів. Тому ці промені називають променями побудови. Отже, завжди, коли треба побудувати зображення, користуватимемося променями побудови. Щоб підкреслити практичне значення променів побудови, надалі зображатимемо їх пунктиром.
Якщо, виконуючи другий дослід, розширити задіафрагмовану частину лінзи і тим самим збільшити переріз гомоцентричних пучків, зображення розмивається і забарвлюється. Робимо висновок, що звичайна товста лінза не дає чіткого зображення предмета, бо вона не може збирати в одну точку широкі гомоцентричні пучки світла. Виникнення таких спотворень (аберацій) стане зрозумілим, якщо пригадати проходження широкого пучка променів через плоскопаралельну пластину, а також проходження пучка променів білого кольору через призму.
Отже, для лінз із значним отвором характерні аберації. В оптичних приладах отвори, як правило, великі, бо від них залежить кількість світлової енергії, що доходить до зображення. Користуючись лінзою, ми, з одного боку, зацікавлені в збільшенні її розміру, а з другого – вимушені його зменшувати. Виникає суперечлива ситуація. Який вихід з цього становища, розповімо нижче, а зараз, щоб вивчити побудову зображень залежно від того, як розміщено предмет відносно лінзи, доцільно ввести поняття про ідеальну лінзу. Під ідеальною лінзою розуміють нескінченно тонку лінзу, не обмежену за розмірами, яка паралельний пучок світла збирає в точку, незалежно від розмірів його перерізу і нахилу до оптичної осі. Така лінза перетворює розбіжний гомоцентричний пучок довільного перерізу, що виходить з точки поза фокусом, в ідеально збіжний.
Користуючись ідеальною збиральною лінзою, розглядаємо п’ять випадків положення предмета відносно лінзи та її фокусів (мал. 8):
1) за подвійною фокусною відстанню;
2) на подвійній фокусній відстані;
3) між фокусом і подвійним фокусом;
4) на фокусній відстані;
5) між фокусом і лінзою.
Мал. 8
В останньому випадку лінза дійсного зображення не дає: розбіжні гомоцентричні пучки, заломившись на лінзі, лишаються розбіжними. І лише в сукупності з оком можна дістати уявне зображення.
Тепер можна розповісти учням, що положення і розмір зображення відносно лінзи можна розрахувати також аналітично за допомогою формули лінзи. Є два варіанти пояснення цього питання. Перший раціонально застосувати тоді, коли учні добре підготовлені, а також коли є достатньо часу для розгляду питань променевої оптики або на факультативних заняттях. Подати цей матеріал можна в такому порядку, як він розглядається в посібнику з фізики. В цьому разі розкривається суть наближення при введенні тонкої лінзи, а також зазначається, як залежить фокусна відстань під показника речовини лінзи та від радіусів кривизни поверхонь, що її обмежують.
Другий підхід дещо формальний, але він веде безпосередньо до мети – встановлення формули лінзи. При ньому відразу розглядають тонку ідеальну лінзу і з суто геометричних міркувань виводять формулу лінзи, як це зроблено в підручнику.
Потім бажано знову повернутися до реальних лінз і пригадати, які їм властиві аберації. Доцільно навіть навести помилкове твердження Ньютона про те, що хроматичну аберацію подолати не можна і тому ніколи не вдасться утворити з лінзами якісного зображення. З цих міркувань Ньютон запропонував використовувати для астрономічних приладів відбивні дзеркала, які не мають хроматичної аберації.
Пізніше вчені спростували твердження Ньютона. Вони навчилися значною мірою долати всі аберації. Спеціальною комбінацією збиральної та розсіювальної лінз можна усунути хроматичну аберацію принаймні для двох довжин хвиль (мал. 8), а також сферичну аберацію. Ми розглянули лише принципову можливість усунення аберації, оскільки справа ця дуже складна. Потрібний великий асортимент оптичного скла з різноманітними показниками заломлення, крім того, треба провести попередні складні розрахунки.
Мал. 8
Часто для усунення хроматичної аберації на значному спектральному інтервалі або занадто великої сферичної аберації, що виникає при заломленні ширококутних пучків променів, потрібні не дві, а кілька (3–10) лінз. Сукупність кількох лінз, з яких одна або дві основні, а решта – корегуючі, скріплених жорстокою оправою, називається об’єктивом.
2.2 Характеристика та структура розробленої демонстраційної комп’ютерної програми
Провівши аналіз існуючих комп’ютерних навчальних комплексів, ми зробили висновок, що наявні комп’ютерні програми і програмно-методичні комплекси не забезпечують на належному рівні навчально-виховний процес з фізики. Тому проблема розробки комп’ютерних програм навчального призначення залишається відкритою.
Також суттєвою проблемою є те, що, що всі вище зазначені програми (див. п. 1.4) призначені для учнів, які вже в певній мірі ознайомлені з тим чи іншим навчальним матеріалом з фізики.
Ми пропонуємо програму, яка дозволяє поступово вводити, формулювати і розвивати поняття з розділу «Геометрична оптика», починаючи від початкових (базових) понять і закінчуючи найдрібнішими аспектами, які є досить важливими для розуміння фізичних явищ та принципів роботи оптичних приладів.
Розроблена нами програма охоплює фактично всі нюанси теми дослідження, а деякі з них навіть, в певній мірі, розглянуто дещо глибше ніж цього вимагає шкільна програма.
Програмний комплекс створено в середовищі Microsoft Office PowerPoint 2003 і являє собою ряд динамічних презентацій із системою гіперпосилань. Даний комплекс є простим у використанні й, на нашу думку, може бути використаним як вчителем при проведенні уроку, так і учнем під час самостійної підготовки.
Розглянемо детальніше структурну будову програми. У головному меню весь матеріал розбито на 6 частин: промені, призми, дзеркала, лінзи, досліди та прилади, кожна із яких, у свою чергу, поділяється ще.
Схематично стриктуру програми можна зобразити наступним чином.
Геометрична оптика :
Промені:
основні поняття про промінь
граничний кут повного відбивання
застосування повного відбивання світла
Призми
хід променів у призмі
хід променів у двоїстій призмі
хід променів у системі призм
Дзеркала
дифузне та дзеркальне відбивання
основні лінії та точки сферичного дзеркала
променів увігнутому сферичному дзеркалі, хід яких відомий
променів опуклому сферичному дзеркалі, хід яких відомий
зображення світної точки в увігнутому сферичному дзеркалі
зображення світної точки в опуклих сферичних дзеркалах
побудова зображень в опуклих сферичних дзеркалах
побудова зображень в увігнутих сферичних дзеркалах
зміна зображення в плоскому дзеркалі
Лінзи
двоопукла лінза
двоввігнута лінза
різноманітність лінз
основні точки та лінії двоопуклої лінзи
основні точки та лінії двоввігнутої лінзи
промені в двоопуклій лінзі, хід яких відомий
промені в двоввігнутій лінзі, хід яких відомий
зображення світної точки в двоввігнутих лінзах
зображення світної точки в двоопуклих лінзах
побудова зображень у двоввігнутих (розсіювальних) лінзах
побудова зображень в двоопуклих (збиральних) лінзах
Прилади
лупа
фотоапарат
будова ока
перископ
бінокль
телескопи
мікроскоп
діаскоп
кінопроектор
Досліди
утворення тіні та напівтіні
заломлення в оптичному дискові
принцип Гюйгенса (для заломлення світла)
принцип Гюйгенса (для відбивання світла)
Переваги розробленої програми:
• простота у використанні;
• забезпечення свідомості й активності дій користувача при роботі з програмою;
• відповідність тематики програми навчальним програмам шкільного курсу фізики.
• динамічність моделей експериментів та приладів.
На основі вище зазначеного можна зробити висновок, що розроблена нами навчальна програма є досить таки детальною, об’ємною і послідовною з методичної точки зору, а, отже, може бути корисною в навчальному процесі.
2.3 Організація і проведення педагогічного експерименту
Для визначення ефективності навчання шляхом моделювання фізичних явищ нами був проведений експеримент в 8А і 8Б Вінницької ЗОШ №26 спільно зі вчителем фізики Булигою Світланою Іванівною.
Експеримент характеризують наступні ознаки:
1. Експеримент проводився з одного предмету – фізики.
2. Експериментальний об’єкт, в якому розкриваються переваги запропонованого методу, був обраний для вивчення нового матеріалу.
3. Експеримент проводився в 8А і 8Б класах.
Ці класи обрані з таких причин:
– учні достатньо володіють фізикою;
– обидва класи знаходяться на одному рівні по знаннях та всебічному розвитку;
– в обох класах викладає фізику один і той же вчитель;
4. Результати експерименту порівнювались з результатами звичайної роботи, яка проводилась тим самим вчителем в контрольному класі (8Б).
5. Ми проводили експеримент на протязі часу, який був запланований на вивчення розділу «Геометрична оптика».
В експериментальному навчанні нами була висунута така гіпотеза: навчання за допомогою комп’ютера дозволяє покращити рівень вмінь, знань навичок, а також сприяє формуванню логічного мислення.
Для визначення рівня успішності з фізики перед початком експерименту в 8А, 8Б і 8В були проведені перевірочні роботи та тести. За результатами тестування, письмової роботи та бесіди з учителем ми зробили висновок про те, що 8А і 8Б класи знаходяться на однаковому рівні засвоєння знань, вмінь та навичок з фізики. Тоді на основі цього для експерименту був обраний клас 8А, а клас 8Б виступив у ролі контрольного класу.
Учні експериментального класу вивчали розділ «Геометрична оптика» за допомогою комп’ютерного моделювання, а учні експериментального – за традиційною схемою.
Після вивчення розділу показники успішності контрольної групи залишились практично незмінними, а ось результати експериментального класу значно покращились.
Навчання з використанням навчальних комп’ютерних програм, як показав експеримент, викликало в учнів інтерес, стимулюючи працювати всіх, навіть слабо підготовлених. Якість знань при цьому відчутно зросла: поняття засвоюються краще, учні чітко визначають суттєві ознаки явищ.
Результати експерименту повністю підтвердили всі гіпотези та положення, що були висунуті перед його проведенням. Використання комп’ютерного моделювання інтенсифікує вивчення теоретичного матеріалу, за рахунок чого залишається певний вільний час, який можна використати для набуття ряду практичних умінь та навичок. А головне, що якість знань і успішність при цьому відчутно зростають.
2.4 Вимоги техніки безпеки щодо роботи з персональним комп’ютером
Розміщення робочих місць з ЕОМ у підвальних приміщеннях, на цокольних поверхах заборонено.
Площа на одне робоче місце має становити не менше ніж 6,0 м2 .
Приміщення для роботи з комп’ютерами повинні мати природне та штучне освітлення у відповідності до СНіП 11–4–79.
Природне освітлення має здійснюватись через світлові прорізи, орієнтовані переважно на північ чи північний схід і забезпечувати коефіцієнт природної освітленості (КПО) не нижче ніж 1.5%.
Виробничі приміщення для роботи з комп’ютерами (операторські, диспетчерські) не повинні межувати з приміщеннями, в яких рівні шуму і вібрації перевищують допустимі значення (виробничі цехи майстерні тощо) за СН 3223–85, СН 3044–84, ГР 2-І 11–81, ГОСТ 12.1.003–83.
Звукоізоляція огороджувальних конструкцій приміщень має забезпечувати параметри шуму,що відповідають вимогам СН 3223–85, ГОСТ 12 І 003–83, ГОСТ 12 І 012–90.
Приміщення для роботи з комп’ютерами мають бути обладнані системами опалення, кондиціонування повітря, або припливно-витяжною вентиляцією відповідно до СНіП 2.04.05–9: Нормовані параметри мікроклімату, іонного складу повітря, вмісту шкідливих речовин мають відповідати вимогам СН 4088–86, СН 2152–80, ГОСТ 12. 1. 005–88.
Віконні прорізи приміщень для роботи з комп’ютерами мають бути обладнані регульованими пристроями (жалюзі, зовнішні козирки)
Для внутрішнього оздоблення приміщень з комп’ютерами слід використовувати дифузно-відбивні матеріали з коефіцієнтами відбиття для стелі 0,7–0,8, для стін 0.5–0,6.
Покриття підлоги повинне бути матовим з коефіцієнтом відбиття 0,3–0,5. Поверхня підлоги має бути рівною, неслизькою, з антистатичними властивостями
Забороняється для оздоблення інтер’єру приміщень застосовувати полімерні матеріали, що виділяють у повітря шкідливі хімічні речовини. (дерев'яно-стружкові плити, шпалери, що миються, рулонні синтетичні матеріали, шаруватий паперовий пластик тощо)
Полімерні матеріали для внутрішнього оздоблення приміщень можуть бути використані при наявності дозволу органів та установ державної санітарно-епідеміологічної служби.
Виробничі приміщення можуть обладнуватись шафами для зберігання документів, магнітних дисків, полицями, стелажами, тумбами тощо з урахуванням вимог до площі приміщень.
У приміщеннях слід щоденно робити вологе прибирання
Приміщення мають бути оснащені аптечками першої медичної допомоги.
Мікроклімат.
У виробничих приміщеннях на робочих місцях мають забезпечуватись оптимальні значення параметрів мікроклімату: температури, відносної вологості й рухливості повітря (ГОСТ 12.1. 005–88, СН 4088–86).
Рівні позитивних і негативних іонів у повітрі мають відповідати санітарно-гігієнічним нормам
Освітлення
Вимоги до природного освітлення викладено вище. Штучне освітлення в приміщеннях з робочими місцями, обладнаними ЕОМ, має здійснюватись системою загального рівномірного освітлення. У виробничих та адміністративно-громадських приміщеннях, у разі переважної роботи з документами, допускається застосування системи комбінованого освітлення (крім системи загального, освітлення додатково встановлюються світильники місцевого освітлення).
Значення освітленості на поверхні робочого столу в зоні розміщення документів має становити 300 – 500 лк. Якщо ці значення освітленості неможливо забезпечити системою загального освітлення, допускається використовувати місцеве освітлення. При цьому світильники місцевого освітлення слід встановлювати таким чином, щоб не створювати відблисків на поверхні екрана, а освітленість екрана має не перевищувати 300 лк.
Як джерела світла в разі штучного освітлення мають застосовуватись переважно люмінесцентні лампи. Допускається застосування ламп розжарювання у світильниках місцевого освітлення.
Світильники місцевого освітлення повинні мати просвічуючий відбивач із захисним кутом, не меншим ніж 40°
Слід передбачити обмеження прямої блискості від джерел природного та штучного освітлення.
Необхідно обмежувати відбиту блискість на робочих поверхнях відносно джерел природного і штучного освітлення. При цьому яскравість бліків на екрані має не перевищувати 40 кд/м2 , а яскравість стелі в разі застосування системи відбитого освітлення 200 кд/м2 .
Показник освітленості у разі використання джерел загального штучного освітлення у виробничих приміщеннях має не перевищувати 20, а показних дискомфорту в адміністративно-громадських приміщеннях має бути не більше за 40.
Необхідно обмежувати нерівномірність розподілу яскравості в полі зору працюючих. При цьому співвідношення яскравостей робочих поверхонь має бути не більшим ніж 3:1, а співвідношення яскравостей робочих поверхонь та поверхонь стін обладнання тощо – 5:1.
Шум і вібрація
Рівні звукового тиску в октавних смугах частот, рівні звуку та еквівалентні рівні звуку на робочих місцях, обладнаних ЕОМ, мають відповідати вимогам СН 3223–85, ГОСТ12.1.003–83, ГР 2411–81.
Устаткування, що становить джерело шуму (принтери тощо), слід розташовувати поза приміщеннями для роботи.
Для забезпечення допустимих рівнів шуму на робочих місцях слід застосовувати засоби звукопоглинання, вибір яких має обґрунтовуватись спеціальними інженерно-акустичними розрахунками.
Під час виконання робіт з ЕОМ у виробничих приміщеннях значення характеристик вібрації на робочих місцях мають не перевищувати допустимі відповідно до СН 3044–84, ГОСТ 12.1.012–90.
Електромагнітні випромінювання
Значення напруженості електростатичного поля на робочих місцях (як у зоні екрана дисплея, так і на поверхнях обладнання, клавіатури, друкувального пристрою) мають не перевищувати гранично допустимих за ГОСТ 12.1. 045–84, СН 175 -77.
Значення напруженості електромагнітних полів на робочих місцях мають відповідати нормативним значенням.
Інтенсивність потоків інфрачервоного випромінювання має не перевищувати допустимих значень відповідно до (СН 4088–86, ГОСТ 2.1.005–88).
Інтенсивність потоків ультрафіолетового випромінювання має не перевищувати допустимих значень відповідно до СН 4557–88.
Обладнання і організація робочого місця
Обладнання і організація робочого місця працюючих з ЕОМ мають забезпечувати відповідність конструкцій всіх елементів робочого місця та їх взаємного розташування вимогам з урахуванням характеру і особливостей трудової діяльності (ГОСТ 12 2 032–78, ГОСТ 22 269–76, ГОСТ 21 839–76).
Робочі місця слід так розташовувати відносно світових прорізів, щоб природне світло падало збоку переважно зліва.
При розміщенні робочих столів слід дотримувати такі відстані: між бічними поверхнями комп’ютерів – 1,2 м, відстань від тильної поверхні одного до екрана іншого комп’ютера – 2,5 м.
Конструкція робочого столу має забезпечувати оптимальне розміщення на робочій поверхні використовуваного обладнання (дисплея, клавіатури, принтера) і документів.
Висота робочої поверхні робочого столу має регулюватися в межах 680–800 мм, а ширина і глибина – забезпечувати можливість виконання операцій у зоні досяжності моторного поля (рекомендовані розміри 600–400 мм, глибина – 800–1000 мм).
Робочий стіл повинен мати простір для ніг заввишки не менше ніж 600 мм, завширшки не менше ніж 500 мм, завглибшки (на рівні колін) не менше ніж 450 мм.
Висота поверхні сидіння має регулюватися в межах 400–500 мм, а ширина і глибина становити не менше ніж 400 мм. Кут нахилу сидіння – до 15° вперед і до 5° назад. Відстань від спинки до переднього краю сидіння має регулюватися в межах 260 – 400 мм.
Для зниження статичного напруження м’язів верхніх кінцівок слід використовувати стаціонарні або змінні підлокітники завдовжки не менше ніж 250 мм, завширшки 50–70 мм, що регулюються за висотою над сидінням у межах 230–260 мм і відстанню між підлокітниками в межах 350–500 мм.
Порушення санітарно-гігієнічних і санітарно-протиепідемічних правил і норм тягне дисциплінарну, адміністративну, кримінальну відповідальність відповідно до Закону України «Про забезпечення санітарного та епідеміологічного благополуччя населення»
Висновки
У даній роботі проведено аналіз літературних джерел, наукових праць, статей з питання використання комп’ютерних моделей при викладанні фізики.
На основі цього розглянуто психолого-педагогічні аспекти ефективного використання комп’ютерного моделювання при викладанні фізики. Вивчення геометричної оптики на основі використання навчальних комп’ютерних моделей дає змогу підвищити інтерес учнів до цього матеріалу, стимулювати розвиток пізнавальної активності і творчого мислення, формувати в учнів уявлення про комп’ютер як ефективний засіб пізнання закономірностей і явищ мікросвіту.
Також розроблено методичні рекомендацій, щодо використання комп’ютерного моделювання. Адже при поясненні багатьох явищ не можливо на дошці показати динамічну зміну процесів, і в цьому випадку комп’ютерна модель зіграє для вчителя важливу допоміжну роль.
Аналіз показує, що комп’ютеризація уроків фізики виразилася в покращенні світоглядної спрямованості, підвищенні наукового рівня викладання, активізації пізнавальної діяльності учнів.
Слід підкреслити, що всі три напрямки тісно взаємозалежні. Так, посилення світоглядної спрямованості змісту одночасно підвищує науковий рівень. Вплив на світогляд школярів не може бути забезпечений без науково обґрунтованої системи завдань, які активізують інтелектуальні, емоційні, практичні напрямки навчальної діяльності. Проте слід врахувати, що навчальну діяльність учнів активізує лише та система завдань, яка охоплює всі етапи пізнання (спостереження, аналіз зібраних фактів, побудова гіпотез, їх перевірка і переведення в теорію, усвідомлення форм і прийомів мислення), тобто система, створена на чітких науково-методичних принципах.
1. Впровадження комп’ютеризації навчання в процес навчання фізики має сприяти оновленню змісту фізичної освіти, залучення педагогів до розроблення варіативних навчальних підручників, пошуку програм, створенню різнорівневих методів і прийомів навчання.
2. Аналіз методологічної, психолого-педагогічної, методичної літератури дозволив визначити, що позитивний ефект в процесі впровадження дистанційного навчання фізики досягається за умов:
• поваги до учня як до особистості;
• врахування емоційного впливу навчального матеріалу на особистість учня;
• такої організації навчального процесу, за якої учневі надається можливість вибрати форму виконання завдань, спосіб навчальної роботи, а обдарованим учням ще й обсяг матеріалу;
• такої оцінки учня, що випливає з суб'єктної діяльності, на що й спрямовано нині весь навчальний процес.
3. З'ясувавши мотиви впровадження комп’ютерних технологій в процес навчання фізики, можна зробити висновки, що вони:
– значно розширили можливості подання навчальної інформації;
– дозволяють підсилити мотивацію навчання;
– активно зацікавлюють учнів до навчання;
– дозволяють якісно змінити контроль за діяльністю учнів;
– сприяють формуванню в учнів рефлексії своєї діяльності
4 Запропоновано навчальну демонстраційну комп’ютерну програму з розділу «Геометрична оптика».
На нашу думку, використання розроблених демонстрацій сприятиме інтенсифікації навчального процесу, підвищенню зацікавленості учнів до вивчення фізики та урізноманітненню уроку, що призведе до кращого засвоєння знань з даного розділу.
Вони допоможуть учням зрозуміти суть оптичних явищ і процесів, оволодіти способами і технікою найпростіших вимірювань, а також дають змогу ознайомитися з практичним використанням фізичних закономірностей.
Список використаних джерел
1. Александров Г.Н. Программированное обучение и новые информационные технологии обучения // Информатика и образование. -1993. – №5. – с. 7–19.
2. Андреев В.И. Эвристическое программирование учебно-исследовательской деятельности: Метод. пособие. – М.: Высшая школа, 1981. с. 167 – 182.
3. Бігун М.І. Використання елементів комп’ютерного моделювання при вивченні фізики // Освіта. – 2003. – 23–30 липн. (№34). – с. 5.
4. Борбат О.М., Смолянець В.В. Методика викладання оптики. Посібник для вчителів. К.: Рад. школа, 1978. – 110 с.
5. Бугайов О.І., Головко М.В., Коваль В.С. Програмно-методичний комплекс «Фізика-8» // Фізика. – 2004. – №27. – с. 2–7.
6. Буров В.А. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. – М.: Просвещение. – 1979. – 147 – 179 с.
7. Буров В.А. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. – М.: Просвещение. – 1979. – 179 с.
8. Викладання фізики в школі. За ред. Коршака Є. В. – К. Радянська школа, 1986. – с. 68 – 84.
9. Викладання фізики в школі. За ред. Коршака Є. В. – К.: Радянська школа, 1986. – с. 168 – 184.
10. Вища освіта України. – Комп’ютеризація шкільної освіти: переваги та сфери ризику. – №4. – 2004. – с. 77.
11. Волинський В.П. Використання відеоінформації як засобу навчання // Педагогіка і психологія. – 1995. – №3 (8). – С. 73–76.
12. Волинський В.П., Жук Ю.О. Використання графопроектора в поєднанні з іншими засобами навчання // Педагогіка і психологія. – 1999. – №2. – с. 39–42.
13. Волинський В.П., Коршак Є. В., Сердюк А.В. Технічні засоби навчання фізики в школі. – К.: Радянська школа, 1977. – 128 с.
14. Галковська Т. У тенетах мережі // Дзеркало тижня. – 2002. – 17 серпня.
15. Гершунский Б.С. Философия образования XXIвека (В поисках практико-ориентированньїх образовательных концепций). – М., 1998. – С. 306.
16. Голубєва Г.Р. Сучасний урок: Фрагмент уроку в 8 (11) класі. Тема «Лінзи». // Фізика в школах України: Науково-методичний журнал. – №8 (12) 04.2004 р. с. 12–14.
17. Гончаренко С.У. Методика навчання фізики в середній школі. – К. Радянська школа, 1974. – с. 95–114.
18. Городецький К., Людвіковський А. Тести з фізики: оптичні прилади (Л.М. Хольвінська, переклад з польської). – №34 – К.: Бібліотека «Першого вересня» – 2000.
19. Гуржій А.М., Орлова І. В., Шут М. 1., Самсонов В.В. Засоби навчання загальноосвітніх навчальних закладів (теоретико-методологічні основи): Навчальний посібник. – К.: НМЦ засобів навчання, 2001. – 95 с.
20. Данилюк Р. Використання комп’ютерних моделей у шкільному курсі фізики // Фізика. – 2004. – Жовт. (№30). – с. 1–2.
21. Др. Гоjко Димић, Душан Илић, Jездемир Томић. Физика за VIII разред основне школе. – Четврто издање. – Београд: Завод за уцбенике и наставна средства Србиjе, 1972. – 192 с.
22. Желюк О., «Засоби НІТ у навчальному фізичному експерименті», – Фізика, – 2001 р., №9.
23. Желюк О.М., «Компютерна техніка в навчальному курсі фізики»., Метод. рекомендації., – Рівне, РДПУ, 1994 р.
24. Засекін Д.О. Використання комплексів аудіовізуальних засобів навчання на уроках фізики в середній школі // Наукові записки: Збірник наукових статей Національного педагогічного університету ім. М.П. Драгоманова. – К.:НПУ, 2003. – Випуск LІІІ (53). – 421 с.
25. «Комп’ютер – інформаційні і комунікативні технології у навчальному процесі середніх та вищих шкіл» // Міжнародна наукова конференція, – Освіта, – №34 – 2003 р.
26. Клос Е.С., Шульга М.С. Оптика в демонстрационных опытах: Пособие для учителей. – К.: Рад. Школа,! 983. – 159 с.
27. Коваль В.С. Дидактичні можливості та особливості побудови програмно-методичного комплексу «Фізика-7» // Фізика та астрономія в школі. – 2004. – №7. – с. 16–18.
28. Комплексне використання дидактичних засобів у навчанні фізики: Збірник статей / За ред. Є. В. Коршака. Упорядник В.Г. Нижник. – К.: Радянська школа, 1983. – 132 с.
29. Концевой М.П. Здоровье и компьютер // Информатика и образование. – М. – 2000. – №1.
30. Корнієнко М., «ІТ в освіті»., – Фізика та астрономія в школі, – 1999 р., №3.
31. Коршак Е.В., Миргородський Б.Ю. Методика і техніка шкільного експерименту. Практикум: Київ: Вища школа. 1981. – 280 с.
32. Коршак Е.В., Миргородський Б.Ю. Методика і техніка шкільного експерименту. Практикум: Київ: Вища школа. – 1981. – 280 с.
33. Крилов І.Р., «Методическое пособие по курсу оптики», – М.1993 р., с. 53–86.
34. Левина И.И. Опытно-экспериментальная разработка методики самостоятельной работы учащихся на уроке при изучении педагогических дисциплин (в индустриально-педагогических техникумах профессионально-технического образования): Автореф. дис. канд. пед. наук. – М. – 1971.
35. Лемберг Р.Г. О самостоятельной работе учащихся. // Советская педагогика. – 1962. –№2.
36. Матрос Д.Ш. Внедрение информационных и коммуникационных технологий в школу // Информатика и образование. – М. – 2000. – №8.
37. Машбиц Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения. М.: Педагогика. – 1988. – 191 с.
38. Машбиц Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения. М.: Педагогика. – 1988. – 191 с.
39. Миргородський Б.Ю., Шабель В.К. Демонстраційний експеримент з фізики: Механіка. К.: Радянська школа. – 1980. – 144 с.
40. Найдан В.М., Грабовий А.К. Використання засобів навчання на уроках хімії: Посібник для вчителів. – К.: Радянська школа, 1988. – 218 с.
41. Національна доктрина розвитку освіти України у ХХІ ст. // Освіта. – 2001. – №60–61. – с. 4.
42. Палтішев М. «Психолого-педагогічні основи навчання фізики»., Освіта, – №6, 2002 р.
43. Педагогіка: Навчальний посібник / В.М. Галузяк, М.І. Сметанський, В.І. Шахов. – Вінниця: РВВ ВАТ «Вінницька обласна друкарня», 2001. – 200 с.
44. Перышкин А.В., Родина Н.А. Физика: Учеб. Для 8 кл. сред. шк. – 10-е изд., перераб. и доп. – М.:Просвещение, 1989. – 191 с.
45. Пидкасистый И.П. Самостоятельная познавательная деятельность школьников в обучении. М.: Педагогика. – 1980 – 240 с.
46. Попов Н.В. Перспективы развития технических средств обучения и аудиторной техники. – К.: Вища школа, 1980. – 100 с.
47. Прессман Л.П. Методика применения технических средств обучения. – М.: Просвещение, 1988. – 191 с.
48. Прессман Л.П. Технические средства обучения в средней школе. – М.: Педагогика, 1972. – 221 с.
49. Роберт И.В. Распределенное изучение информационных и коммуникационных технологии в образовательных предметах // Информатика и образование. – М. – 2001. – №5.
50. Савченко В., «Деякі міркування, щодо повного відбивання світла», – Освіта., 2000 р. №5;
51. Савченко В.Ф., Коршак Е.В., Ляшенко О.І. Уроки фізики у 7–8 класах. – Київ: Перун. – 2002. – 320 с.
52. Сергєєв О., Сосницька Н. – «Шкільні підручники з фізики для основної школи: досягнення, проблеми, перспективи розвитку».
53. Сільвейстр А. «Актуалізація пізнавальної діяльності учнів на уроках з застосуванням НІТН».
54. Сумський В.І. ЕОМ при вивченні фізики: Навч. Посібник / За ред. М.І. Шута. – К.:ІЗМН. – 1997. – 184 с.
55. Теория и методика обучения физики в школе: Частные вопросы: Учеб. Пособие для студентов педагогических вузов // С.Е. Каменецкий, Н.С. Пупышева, Т.И. Носова и др.; под ред. С.Е. Каменецкого. – М.: Изд. Центр «Академия», 2000. – 384 с.
56. Тищук В., В. Мислінчук. Роль та функції фізичного експерименту в сучасному навчально-виховному процесі. // Збірник наукових праць: Спеціальний випуск / Гол. ред. В.Г. Кузь. – К.: Наук. світ, 2003. – 319 с.
57. Тищук В.І. Педагогічні основи розвитку навчального фізичного експерименту. В зб.: Оновлення змісту, форм та методів навчання фізики / Наукові записки РДПІ. Вип. 2. – Рівне: РДПІ, 1997. – с. 18–34.
58. Чашко Л.Б. Аудіовізуальна навчальна інформація на уроках // Педагогіка і психологія. – 1999. – №1. – С. 51–57.
59. Чашко Л.В. та ін. Застосування технічних засобів навчання в умовах кабінетної системи. – К.: Радянська школа, 1985. – 97 с.
60. Шахмаев Н.М. Дидактические проблеми применения технических средств обучения в средней школе. – М: Педагогика, 1973. – 268 с.
61. Шахмаев Н.М. Технические средства обучения. – М: Знание, 1975. – 63 с.
62. Шевандрин Н.И. Психодиагностика, коррекция и развитие личности. М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС. – 1998. – 512 с.
63. Шилов В.Ф. Демонстрационный экеперимент по молекулярной физике и термодинамике. В сб.: Учебный экеперимент по молекулярной физике и теплоте. Библ. ж-ла «Физика в шк.». Вып. 6 / Ред.-сост. В.Ф. Гудкова. – М.: Школа-Пресс, 1995. – С. 4–17.
64. Шилов В.Ф. Демонстрационный экеперимент по электродинамике. В сб.: Учебный экеперимент по злектродинамике. Библ. ж-ла «Физика в шк.». Вып. 7 / Ред.-сост. А.В. Чеботарёва. – М.: Школа-Пресс, 1996. – С. 4–27.
65. Ю. Дорошенко, «Педагогічні програмні засоби»., – Фізика та астрономія в школі, – 1997 р., №7.